Биотехнология обьектілеріне вирустар, бактериялар, саңырауқұлақтар, өсімдіктердің, жануарлардың, адамдардың жасушалары, биогенді заттар жатады



жүктеу 0.49 Mb.
бет1/3
Дата13.10.2017
өлшемі0.49 Mb.
  1   2   3

МОДУЛЬ 1. БИОТЕХНОЛОГИЯДАҒЫ ҚОЛДАНЫЛАТЫН ФИЗИКАЛЫҚ ЖӘНЕ БИОФИЗИКАЛЫҚ ӘДІСТЕР.
ДӘРІС № 1. КІРІСПЕ
Биотехнология обьектілеріне вирустар, бактериялар, саңырауқұлақтар, өсімдіктердің, жануарлардың, адамдардың жасушалары, биогенді заттар жатады. Кеңею өрісі вирустардан адамдарға дейін. Биотехнологиялық биообьектілердің процестерінің басты параметрлеріне: тазалау, жасушалардың көбею жылдамдығы мен вирустық бөлшектердің репродукциясы, биомолекулалардың активтілігі мен тұрақтылығы жатады. Таңдалып алынған биотехнологиялық биообьектіге жағымды жағдай туғыза отырып, осы жағымды жағдайлардың микроб – контаминанттарға немесе ластануға да жағымды екенін ескеру қажет. Контаминирлеуші микрофлораға өсімдік және жануар культураларының жасушаларындағы вирустар, бактериялар, саңырауқұлақтар жатады. Мұнда микроб – контаминанттар биотехнологиялық өндірістің зиянкестері болып табылады. Ферменттерді биокатализаторлар ретінде қолданғанда, оларды биотехнологиялық процестің ортасына сапрофитті микрофлора енуін болдырмау үшін изолирленген күйден сақтандыру қажеттілігі туындайды. Биообьектінің систематикалық күйіне тәуелсіз, практикада табиғи ұйымдастырылған бөлшектер мен нағыз генетикалық ақпараты бар жасушалар немесе жасанды генетикалық ақпараттандырылған жасушаларды қолданады.

Биотехнологияда өзіндік спецификалық әдістер бар:



  • Периодты үздіксіз режимде биообьектілердің үлкен масштабты тереңдік культивирлеу;

  • Өсімдік және жануар ұлпаларының жасушаларын арнайы ортада өсіру.

Биотехнологиялық биообьектілерді культивирлеу әдістері арнайы

жабдық – ферментаторларда жүзеге асырылады.

Биотехнологиялық процестердің химиялық процестерден ерекшелігі: біріншіден, басты компонент қандай да бір биообьект болып табылады. Мұндай обьектілер химиялың технологияда болмайды. Жоғары температура мен қысым биотехнологияда тиімсіз. Биотехнологиялық процестер биологиялық, биохимиялық, биоаналогты болып бөлінеді. Біріншісінде - акариот пен прокариоттарды қолдануға, екіншісінде – ферменттерді, үшіншісінде – химиялық синтезді қолдануға бейімделген.

Биологиялық технологиялардың көптеген процестері ортақ болып табылады.

Арнайы - өзіндік спецификалық ерекшеліктері бар (пенициллин өсіру, тұмау вирустарын тауық эмбриондарында культивирлеу). Осыған байланысты биотехнологиялық процестер микробиологиялық, фито – зообиотехнологиялық болады.

Биотехнологиялық процестер шартты түрде биологиялық, биохимиялық, биоаналогты болып бөлінеді.

Биологиялық процестер прокариот пен эукариоттарды қолдануға бейімделген.

Биохимиялық процестер ферменттерді қолданса, биоаналогты процесте тірі ағзаларға функционалды жақын химиялық синтез немесе заттардың жартылай синтезі жатады.

Процестерді 3 режимнің біреуін қолдану арқылы жүргізеді:


  • периодты

  • жартылай үздіксіз

  • үздіксіз

Периодтық режимде процестерді басынан аяғына дейін регламент бойынша жүргізеді, барлық операциялар аяқталған соң оны қайталайды.

Жартылай үздіксіз режимде алымды – құйылымды процесс жүзеге асырылады, биосинтез шыңында қандай да бір антибиотиктің культуралды сұйықтығының 30 – 70% алады да, бір мезгілде балғын қоректік ортаны қосады.

Үздіксіз режимде культуралды сұйықтықтың алынуы мен балғын қоректік ортаны қосу үздіксіз жүреді. Фазалық күйіне байланысты биотехнологиялық өндірісте ингридиенттерді қатты фазалы, газды фазалы деп бөледі. Олар газды пайдалануға бейімделген.

Процестердің орындалу шарттарына қарай:



  1. Бір сатылы

  2. Екі сатылы

  3. Көп сатылы.

Бір сатылы процестер бір фазалы күйдегі жасушаларды қолдануға арналған.

Екі сатылы процесте әр түрлі фазадағы жасушалар қолданылады, ал көп сатылы процеске генетикалық инженерия тән.

Биотехнология тірі системада өтіп жатқан физико – химиялық, биохимиялық, физиологиялық процестерге негізделеді, нәтижесінде энергия бөлінуі, өнімдердің синтезі мен деградациясы, ұйымдасқан құрылымдардың пайда болуы жүреді. Осыдан, биотехнологияда ғылыми және өндірістік мәселелерді шешуге арналған дайын үлкен материалды база болады. Бұл базаны қолдануға шектеу жасайтын мәселе тірі обьектілерде жүретін процестердің толық меңгерілмеуі, техниканың жетіспеушілігі мен рентабелділікке қойылатын қатаң талаптардың қажеттілігі. Сондықтан тірі ағзалардың ір түрлі түрлері мен топтары және олардың жасушалары биотехнология ортасына біртіндеп енгізеді.

Биотехнология тек қана ғылыми және өндірістік мәселелерді ғана шешпейді. Биотехнологияда үлкен методологиялық міндет бар – ол ғылыми – техникалық прогрестің көмегімен адамның тірі табиғатқа әсерінің масштабын үлкейтуін, тірі системалардың адамның тіршілік шарттарына қалыптасуын жылдамдатады. Бұрын адамның тірі ағзаға әсер етуі жасанды іріктеумен ғана шектелген. Қазіргі кезде жасанды іріктеу биотехнологияда тарихи алғышарт ретінде қолданылады. Олар жоғарғы деңгейде эволюциямен қабысатын бір құрылымдық жүйені көрсетеді.

Биотехнология экологиялық таза және жоғары үнемді өнімдерді өндіруші. Бірақ үлкен прогресске аяқ басу үшін биотехнология фундаментальді ғылымдардың жетістігіне мұқтаж.

ДӘРІС № 2. БИОТЕХНОЛОГИЯДА МЕМБРАНАЛЫҚ ҚҰРЫЛЫМДАРДЫ ЗЕРДЕЛЕУ ЖӘНЕ ҚОЛДАНУ ӘДІСТЕРІ.

Мембраналық бөлу әдістеріне жатады:



  1. Диализ және электродиализ.

  2. Қайтымды осмос.

  3. Микрофильтрация.

  4. Ультрафильтрация.

Бұл әдістердің негізінде осмос құбылысы жатыр – еріген заттардың диффузиясы көп мөлшердегі (1010 – 1011 1 м2) ұсақ саңылаулы – шел, диаметрі 0,5 мкм аспайтын мембраналы жартылай өткізгішті айдау арқылы жүреді.

Мембарана түсінігіне әдетте полимерлі немесе неорганикалық материалдардан жасалған және қоспа немесе ерітіндідегі әр түрлі бөлшектерді бөлуге қабілетті, көп қуысты және қуыссыз тегіс немесе түтікті айдауды жатқызамыз. Мембраналарды қолдану экономикалық жоғары үнемді және аз қалдықты технологияларды жасап шығаруға мүмкіндік туғызады.

Мембраналық процестердің ішінен интенсивті дамып келетін баромембаналы процестер. Егер қайтымды осмос айтарлықтай дамыса, бұл микрофильтрация мен ультрафильтрацияға қатысты. Баромембараналық бөлу әдістерінің шекарасы белгіленбеген және белгіленуі мүмкін емес деп есептеледі, себебі микро және ультрафильтрация мен қайтымды осмос кең көлемде физико – химиялық сипаттамалар сияқты асып түседі. Айтылған әр әдістің ерекшеліктері бар, осыған байланысты олардың бірнеше классификациясы ұсынылған.

Микрофильтрация негізінен қарапайым фильтрацияға жақын гидродинамикалық процесс болып табылады. Микрофильтрация спецификалық ерекшелігі қатты фазаның ұсақ бөлшектерін бөліп алу үшін шел диаметрі 0,1/10 мкм дейін мембраналарды сонымен қатар микроағзаларды қолдану, бұл жағдайда оны стерилді фильтрация деп атайды. Сондықтан фильтрация процессіне қарағанда микрофильтрациядағы диффузия белгілі бір рөлді атқарады.

Ультрафильтрация негізінде шелдерінің диаметрі 0,001 – 0,01 мкм дейін мембраналарды қолдану жатыр. Ультрафильтрация жасушалар мен молекулаларды бөліп алу үшін қолданылады.

Бөлудің мембраналық әдістері биологиялық суспензияларға қолданады, бірқатар артықшылыұтары бар:



  1. Концентрлеу мен тазалау агрегаттық күйімен фазалық айналуларсыз жүзеге асырылады.

  2. Өндірілетін өнім жылулық және химиялық өндеулерден өтпейді.

  3. Биологиялық материалға механикалық және аэродинамикалық әсер ету маңызды емес.

  4. Герметикалық және асептикалық шарттар оңай қамтамасыз етіледі.

  5. Аппаратуралық жаюдықталуы конструкцияға сәйкес,

  6. Процесс жоғары энергияны қажет етпейді, көбінесе энергия ерітінділерге жұмсалады.

Әр түрлі заттардың молекулаларын, атомдарын немесе иондарын жартылай өткізгіш мембрана арқылы тасымалдау механизмі келесі теориялардың біреуімен сипатталады.

Себу теориясы жартылай өткізгіш мембранада еріткіштерді өткізуге жеткілікті шелдер бар екенін көрсетеді. Бірақ олар еріген заттардың молекулалары мен иондарын өткізуге кішкентай.

Молекулалық диффузия теориясы полимерлі мембранадағы бөлінетін компоненттердің бірдей емес ерігіштігі мен диффузия коэфицентінің әр түрлілігіне негізделген.

Капиллярлы – фильтрациялық теория мембрана бетіндегі және ерітінді көлеміндегі сұйықтық қабатының физико – химиялық құрылымына негізделген.

Ұсынылған теориялардың ішінен кең тарағаны капиллярлы – фильтрациялық моделі.

Мембраналық аппараттардың негізгі жұмыс органы – жартылай өткізгіш мембраналары болып табылады.

Мембраналар жоғары бөлгіш қабілетке ие, селективті, химиялық тұрақты, механикалық мықты, қымбат емес болуы қажет. Селективтігі – мембраналық аппараттың басты технологиялық көрсеткіші.

Мембрананың селективтігі еріген заттың молекуласының өлшемі мен формасына байланысты. Мембраналарды әр түрлі материалдардан жасайды: полимерлі пленкалардан, шыныдан, керамикадан т.с.с.

Жартылай өткізгіш мембраналар ұсақ тесіктері бар және тесіктері жоқ түрлерге бөлінеді. Тесіктері жоқ мембраналар арқылы процесс молекулярлы диффузия есебінен жүзеге асырылады. Мұндай мембраналар диффузионды деп аталып, компоненттері бір – біріне ұқсас заттарды бөлу үшін қолданылады. Тесіктері бар мембраналар негізінен полимерлі материалдардан жасалады, анизотропты және изотропты болып бөлінеді.

Тесіктері бар мембраналарды әдетте еріткіштерді жою жолымен немесе алдын – ала қосылған полимерлі еріткіштерден түзілген қосылғыштарды жуу арқылы алады.

Мұндай әдіспен алынған мембраналардың жұқа беттік қабаты бар 0,25 – 0,5 мкм. Мембраналық бөлу процесі беттің активті қабатында жүзеге асады.

Кең таралған ядерлі мембраналар немесе нуклеопоралар. Бұл мембраналар жұқа полимерлі қабықшаны зарядталған альфа – бөлшектерді сәулелендіру арқылы алады.

Ядролы мембрананың басты ерекшеліктері:


  • тесіктердің дұрыс домалақ формасы;

  • мембраналарды тесіктердің мөлшері мен санын алдын – ала белгілеп алу;

  • тесіктердің бірдей мөлшері;

  • химиялық тұрақтылығы.

Ядролы мембараналар карбонарлы қабықшалардың негізінде алады, тесіктерінің диаметрі 01, - 0,8 мкм дейін.

Полимерлі мембраналармен қатар қатты құрылымды мембраналар да бар: металды, кеуекті шыныдан жасалған, керамикалық.

Металды мембраналар фольганың балқытылғаннан алынған компоненттердің біреуін сілтісіздендіру немесе айдау арқылы жасалады. Нәтижесінде бірдей мөлшерлі 5 – 0,1 мкм жоғары сапалы кеуекті мембраналар алады.

Металды мембраналарды алудың келесі әдісі – жоғары температурада ұнтақты металлургия тәсілімен алу.

Мембраналық бөлу әдістерінің кемшіліктері:


  1. Мембраналарды дайындайтын кейбір материалдар тез тозады.

  2. Қатты фазада ерітінділерді өңдеуде қиындықтар туындайды.

Борпылдақ мембранадағы биологиялық ерітінділер мен суспензияны селективті бөлудің басты заңдылықтары.

Сұйықтары бөлудің негізгі мембраналық әдістеріне кері осмос, ультра – микрофильтрация жатады. Бұл әдістердің ортақ сипаттамалары – ерітінділер мен суспензиялардың компонеттерін әр түрлі өткізгіштігі, қозғалтқыш күш ретінде артық қысымды қолдануы, концентрлі поляризациямен күресу әдістері.

Микрофильтрацияны бөлінуші жүйенің фазалық күйіне байланысты, ал ультрафильтрация мен кері осмосты өткізгіштік механизмі бойынша шектеу керек.

Кері осмостық мембраналар 1 - 10 – 4 мкм артық бөлшектерді ұстауға, ал ультрафильтрация мөлшері 1 – 10 – 3 мкм бөлшектерді ұстауға, яғни бұл мембраналар органикалық иондар мен молекулаларды ұстауға қабілетті. Сәйкесінше микрофильтрация 5 – 10 – 2 – ден 10 мкм дейінгі бөлшектерді ұстайды.

Дегенмен әр түрллі мембраналық әдістердің шегін табу мүмкін емес.

Микрофильтрацияның физикалық негіздері

Ерітінділер мен суспензияларды микрофильтрация әдісімен бөлу бөлінетін молекулалар мен бөлшектердің гидродинамикалық мөлшеріне негізделген. Бөлу процесі жартылай өткізгіштік теория мен механизмі мембрана арқылы өтетін бөлшектердің физико – химиялық, молекулааралық факторларына байланысты сипатталады.

Процестің анализі мен есептеулері бірыңғай позицияда жүргізіледі. Бұл процестердің барысында мембаранада әдетте тұнба қабаты түзіледі де бөлу кезінде қиындықтар туғызады.

Ерітіндінің және еріген заттың құрылымы ультра – микрофильтрация процесіне маңызды әсер етеді.

Микрофильтрацияның қолдану обьектісі – дисперсиялық ортасы мен дисперсті фазасы бар коллоидты жүйелер. Бұл фазаларды бөлуде көбінесе сұйықтықты микрофильтрациялау мақсаты тұрады.

Бөлудің барлық процестерінде басты рөлді бөлшектердің адгезиялық және электростатикалық әрекеттестігі алады.

Биологиялық жасушалық обьектілер лиофильді жүйені көрсетеді. Олар үшін лиофобты жүйеге қарағанда дисперсті фазаның заттарының дисперсті ортамен молеклааралық әрекеттесуі тән. Мұндай әрекеттесу дисперсті фаза бөлшектерінің айналасына гидратты қабықшаның түзілуіне әкеледі. Сонымен қатар микроағзалар жасушасының заряды болады. Зарядтың көлемі әр түрлі болады. Бір түрлі микроағза үшін ортаның жағдайына байланысты зарядтың көлемі өзгеріп отырады. Жасушада зарядтың болуы биологиялық суспензияны электролиттердің ерітіндісі ретінде қарастыруға мүмкіндік береді.

Концентрлі поляризация

Ерітінділер мен суспензияны жартылай өткізгіш мембрана арқылы бөлген кезде еріткіш жақсы өтеді. Осыған байланысты мембрнан бетіндегі еріген заттың концентрациясы өседі.

Мембрана бетінде еріген заттың концентрациясы жалпы көлемінен жоғары қабаттың пайда болуы, концентрлі поляризация атауын иеленді. Концентрлі поляризацияның фильтрацияға әсерінің теріс жақтары бар, олар:

- Ерітіндінің осмостық қысымының өсуіне байланысты тиімді қысымның төмендеуі. Бұл процестің және селективтіліктің төмендеуіне әкеліп соғады, сонымен қатар мембраналардың жұмыс істеу мерзімі қысқарады, ал бұл еріген заттың концентрациясына байланысты.

- Концентрлі поляризация мембрана бетін ерітіндіден бөліп тұратын шекаралық қабаттың түзілуіне байланысты. Бұл қабаттың қалыңдығы орнатудың гидродинамикалық шарттарымен анықталады. Бұл қабаттың концентрациясы ерітіндінің қозғалу режиміне байланысты.

Концентрлі поляризацияның екі режимі ажыратылады:



  • гел түзілмей тұрып, мембрана бетіндегі концентрация Cw гел түзілгендегі Cg концентрациядан төмен;

  • гелді поляризация режимі, Cw – Cg мембранада гель қабаты түзіледі.

Мембрананың жоғары бөлігінде гельдің бөлінуі микрофильтрациялы мембрананың өсуіне және өтімділігінің төмендеуіне әкеледі. Бірақ жорамалға сәйкес, мембрананың шоғырлану поляризациясы кезіндегі өтімділіктің төмендеуі гель қабатымен емес модификациясымен жүреді, осылайша оның мөлшері R шамасына дейін азаяды. Осыдан динамикалық, гельдік мембрана түзіледі. Осы кезде мембранада ажыратудың классикалық, капиллярлық-фильтрациялық механизмі жүзеге асады.

Концентрациялы поляризацияның микрофильтрация процесіне зиянды әсерін төмендету үшін бірнеше тәсілдерді қолдануға болады: температураны жоғарылату (нәтижесінде тұтқырлық төмендеп, гель жасау концентрациясы жоғарылайды), электр өрісі қолданылады, тангенс ағынының жоғары жылдамдығы және фильтрацияның пульсациялық режимі қолданылады.

АЖЫРАТУ СИПАТЫНА СЫРТҚЫ ФАКТОРЛАРДЫҢ ӘСЕРІ

Жұмыс қысымын таңдау процес түріне, бөлінетін ерітіндінің табиғаты мен концентрациясына, мембрананы қолдану типіне, аппарат нұсқасына,гидравликалық кедергіге және т.с.с байланысты. Микрофильтрация үшін жұмыс қысымы 0,003-0,1 МПа құрайды және әрбір ерітінді үшін экспериментальды жолмен анықталады.

Жұмыс қысымының жоғарылауы фильтрация жылдамдығының ұлғаюына әкеледі.

Мембранаға жоғары қысымның түсуі нәтижесінде қалдық деформациялар түзіледі: қысымды төмендеткен жағдайда мембрана құрылымы бастапқы жағдайға оралмайды.

Микрофильтрация кезіндегі температураның мембрананың өтімділігі мен сұрыпталуына әсері туралы талдау мынаны көрсетеді: температураның жоғарылауы өтімділіктің де, сұрыпталудың да жоғарылауына әкеледі. Осыдан пермеата тұтқырлығы, сонымен қатар мембрананың концентрациялы поляризациясының әсері төмендейді.

Еріген заттардың шоғырлануын төмендету кезінде мембрананың жұмыс сипаты меншікті өнімділігі және таңдаулылығы өзгереді
3 ДӘРІС. БИОТЕХНОЛОГИЯДА ҚОЛДАНЫЛАТЫН ФИЗИКАЛЫҚ ЖӘНЕ БИОФИЗИКАЛЫҚ ӘДІСТЕР.
Ферментация процесінің аяқталуынан кейін культуральды сұйықтықта олардың тіршілік әрекеттерінің өнімдері, қоректену ортасының қалдықтары, көбікті өшіргіш, еритін және ерімейтін заттар болады. Биосинтездің негізгі өнімі ретінде микроорганизмдердің өзі немесе культуральды сұйықта еріген немесе микроорганизмдердің торындағы метаболиттер болуы мүмкін.

Тұтас өнімді алу үшін барлық жағдайда микроорганизмдердің мөлшерін культуральды сұйықтықтан алып тастау керек.

Культуральды сұйықтық әдетте өте күрделі қоспа болып табылады және олардың құрамында физика-химиялық қасиеттері бар компоненттері болады. Еріген минералды тұздарға, көмірсуларға, ақуыздарға және басқа да органикалық заттарға қарағанда культуральды сұйықтықтардың құрамында полидисперлі коллоидті бөлшектер көп кездеседі. Олар осыған сәйкес көпқұрамды ерітінді ғана емес, сонымен қатар суспензиялар болып табылады. Осы суспензиялардың дисперлі фазасы микроорганизмдердің торларынан және құрамында ұн, жүгері қоспалары бар қатты бөлшектерден тұрады. Культуралды сұйықтықтың құрамындағы микроорганизмдердің мөлшері өте төмен. Әдетте, 1 литрде 5-10 г құрғақ биомасса болады.

Өндіріс жағдайында күрделі фильтрленетін суспензиялардың көп мөлшерін өңдеу үшін көп энергия жұмсау қажет.

Микроорганизмдердің торлы биомассасын культуральды сұйықтықтан ажырату тәсілдерін былайша бөлуге болады:

- механикалық (қорғау, фильтрлеу, центрифугалау)

- жылытехникалық (сушка).

Микробиологиялық синтездің көптеген тұтас өнімдері тұрақты емес және оларға көптеген факторлар әсер етуі мүмкін. Мысалы, ақуыздар қыздыруға өте рН ортасының өзгеруіне, көптеген физикалық және химиялық әсерлерге сезімтал болып келеді.

Көп жағдайда тұтас өнімді бір ғана тәсіл арқылы анықтау мүмкін емес. Сол себептен бірнеше тәсілдер қолданылады.

МИКРОБИОЛОГИЯЛЫҚ СИНТЕЗДЕГІ ӨНІМДЕРДІ ШОҒЫРЛАНДЫРУ ЖӘНЕ АНЫҚТАУ ТӘСІЛДЕРІ.

Бұл тәсілдерді таңдауда келесі факторларды ескеру қажет:

1. Культуральды сұйықтықтың физикалық-химиялық қасиеттері.

2. Өнімнің қасиеттері (термолабильді, әртүрлі химиялық әсерлерге тұрақтылығы және т.б.).

3. Өнімнің соңғы формасына талаптар (тазалық және шоғырландыру деңгейі).

4. Технологиялық және технико-экономикалық көрсеткіштері показатели (өнімнің шығуы, выход продукта, жабдықтар өнімділігі, одан әрі өңдеудің қажеттілігі және т.б.).

Культуральды сұйықтықтан микробиологиялық синтез өнімдерін бөліп алудың барлық тәсілдерін екі топқа бөлуге болады:

1. Экстракция, ионды алмасу, адсорбция, кристаллизация –егер өнім ерітіндіде болса.

2. Тұндыру, фильтрлеу, центрифугалау, сепарирлеу– егер өнім қатты болса.

Көп жағдайда тұтас өнімді бір ғана тәсіл арқылы анықтау мүмкін емес, сол кезде бірнеше тәсілдер қолданылады, нәтижесінде өнімді еритін формадан ерімейтін формаға ауыстырады (немесе керісінше). Бұл жағдайда осаждение, фильтрлеу, центрифугалау, сепарирлеу және мембрана тәсілдері (электродиализ, ультра және микрофильтрация)арқылы өңдеуге және тазартуға болады.

Тұндыру (седиментация) –ауырлық күші әсері арқылы дисперлік жүйелердің қабыршақтану және дисперлік фазаны тұнба ретінде бөліп алу процесі.

Седиментацияның қарапайым тәсілін–қорғауды келесі жағдайларда қолданады:

1. Диаметрі 3 мкм астам болғанда және броун қозғалысы қорғау тәсіліне әсер етпеген жағдайда.

2. Тұрақты өнімдер болған жағдайда.

3. Басқа тәсілдерге қарағанда, шығынның аз болуы.

4. Бөлшектерді мөлшері бойынша фракцияларға бөлген жағдайда.

5. Егер суспензияны екі фракцияға бөлген жағдайда –тұнба және тұнбаасты сұйыққа.

Биомасса тұндырудың жылдамдығы секундына 10-6 – 10-7 м құрайды. Процесті жылдамдату үшін мыналарды қолданады:

1. Коагулянты – бөлшектерді агрегатты-тұрақсыз жағдайға ауыстыратын заттар.

2. Флокулянты – коллоидты құрылымдарды жоюға және ірі қауыздардың тұзілуіне әкелетін заттар.

Коагулянттар орнына әдетте желатинді, балық желімін, казеинді, ал флокуляттар орнына - метилцеллюлозаны, пектинді, натрийальгинатын және т.б. қолданады.

ЦЕНТРИФУГАЛАУ

Центрифугалау–орталық күштің әсері арқылы біртекті емес жүйелерді бөлу. Ол үшін әртүрлі конструкциялардың центрофугасы қолданылады.

Бөлуге жоғары әсері бар және тарельчатты барабаны бар центрофугалар сепаратор деп аталады. Микробиологиялық өндірісте сепараторлар кеңінен таралған. Сепараторлар тұнбаның 60-90% дейін ылғалдылығын ұстап тұра алады.

Соңғы жылдары сепаратордың сепарирлеу процесін автоматты режимде жүргізетін арнайы герметикалық түрлері шыққан.

Центрифугалауды қолдану салалары:

1. Биомассаны культуральды сұйықтықтан бөліп алу (ашытқылар, бактериялар, саңырауқұлақтар).

2. Микробиологиялық синтездегі кейбір тұтас өнімдерді бөліп алу (антибиотиктер, ферменттер, витаминдер және т.б.),

3. Экстракция кезінде түзілетін эмульсияны бөлу.

Центрифугалаудың кемшіліктері:

1. конструкция күрделілігі, энергия сыйымдылығының жоғарылығы және құны.

2. Пайдалану күрделілігі (тұрақсыздық, вибрация, шу, үнемі тазалаудың қажеттілігі).

3. Орталық күштің торына әсер ету, Воздействие на клетку центробежной силы, қыздыру.

Центрифугалаудың және сперирлеудің басты артықшылықтары – жоғары өнімділік және шоғырлану.

ФИЛЬТРЛЕУ

Фильтрлеу–кеуекті қалқа арқылы суспензияның қатты және сұйық фазасын өткізу арқылы бөлу.

Фильтрлеудің соңғы мақсаты–қатты және сұйық фазаны алу (оның біреуі қалдық зат).

Фильтрлеу - фильтрлі қабырғаның екі жағынан құрылатын жылдамдығы қысымға пропорционал болып келетін гидродинамикалық процесс.

Фильтрлеу процесіне әсер ететін факторларды екі топқа бөлуге болады:

1. Макрофакторлар–қысым айырымы, тұнба қабығының қалыңдығы, сұйық фазаның тұтқырлығы және т.б. Бұл факторлар танымал және құралдар арқылы бақыланып отырады.

2. Микрофакторлар–фильтрлі қабырғаның, тұнба бөлшектерінің мөлшері және формасы, бөлшектердің жоғарғы жағындағы электрлік қабаттың қалыңдығы. Бұл факторлар көп зерттелмеген және оларды тек қосымша әдістер арқылы сипаттайды. Дәл осы микрофакторлар фильтрлеу процесіне әсер етіп, оларды масштабтауды қиындатады.

Культуральды сұйықтықты фильтрлеу кезінде қарсылық көрсете білетін қауыз тәрізді сілікпелер немесе майда дәнді тұнбалар түзіледі. Фильтрлеудің орташа жылдамдығы сағатына 50 л/м2 құрайды.

Фильтрлеу жылдамдығын арттыру үшін әдетте мына екі тәсілді қолданады.

1. Суспензияларды алдын-ала өңдеу.

2. Қосымша фильтрлі материалды қолдану. Культуральды сұйықтықты алдын-ала өңдеу тұтас өнімді сұйық немесе қатты фазаға аударуға, фазаларды бөлуге және одан әрі тазартуға жарамды өнімді алуға мүмкіндік береді. Алдын-ала өңдеудің нәтижесінде бөлшектердің коагуляциясы жүреді.

Алдын-ала өңдеудің келесі тәсілдері кеңінен дамыған:

1. Қышқыл коагуляция (төмен рН-қа тұрақты антибиотиктерді анықтау үшін қолданылады).

2. Электролиттермен өңдеу.

3. Жылы коагуляция (өнімді 70-80°С дейін қыздырған жағдайда ықтимал).

4. Химиялық агенттердің қысымы кезіндегі толықтырғыштардың пайда толуы. Қосымша фильтрлі материал ретінде фильтрлі сұйыққа толықтырғыш болып келетін немесе жерасты қабат ретінде фильтрдің жоғары жағына қойылатын фильтрлі ұнтақ қолданылады.

ЭКСТРАКЦИЯ

Экстракция — қатты және сұйық қоспаларды таңдау (селективті) еріткіштері (экстрагенттер) арқылы бөлу процессі.

Экстракцияның физикалық мәнібайланысқан кезінде бір фаза компоненттерінің (сұйық немес қатты) сұйық экстрагент фазасына ауысу болып табылады.

Экстракцияпроцессі әдетте екі фазалы жүйеде жүреді:

«қатты дене-сұйық» немесе «сұйық-сұйық».

Экстракцияның қолданылу саласы: антибиотиктерді, витаминдерді және аминқышқылдарын анықтап тазарту.

Әдістің артықшылығы:

1. шығынның аз болуы.

2. экстракциялы процесстердің жоғары жылдамдығы.

Әдістің кемшілігі: зиянды, жарылғыш органикалық ерітінділерді қолдану

ИОН АЛМАСУ

Ион алмасу өз алды сорбционды процесс болып табылады.

Адсорбция –газ қоспасынан немесе ерітіндіден адсорбент қатты заты арқылы тұтас өнімнің бір немесе бірнеше компоненттерін жою процесі.

Адсорбция процестері (масса тапсырудың басқа да процестері сияқты) таңдаулы болып келеді. Осының негізінде десорбция процесін жүргізуге болады.

Алғаш биологиялық белсенді заттар мен антибиотиктердің сорбционды әдістері молекулярлық сорбенттерді (белсендірілген көмірлер, алюминий тотығы және т.б.)қолдануға негізделген.

Қазіргі таңда таңдаулығымен және жоғары ерекшелігімен сипатталатын ионалмасу сорбенттері (иониттер) жасалған.

Иониттер–құрамында белсенді иондары бар және осы иондарды электролиттердің иондарымен алмастыруға қабілетті, суда немесе еріткіштерде ерімейтін органикалық және органикалық емес заттар.

Көбінесе синтетикалық ионалмасу смолдары (КУ-2, КБ-4, КБ-ЧП-2, КМД, АВ-17, ЭДЭ-10 және т.б.)

Ионогенді топтардың болуына байланысты иониттерді 2 негізгі класқа бөлуге болады:

1.Құрамында – катиониттер (ерімейтін қышқылдар) қышқыл топтары бар ионалмасу сорбенттері.

2. Құрамында аниониттер (ерімейтін негіздер) негізгі топтары бар ионалмасу сорбенттері.

Иониттер антибиотиктерді өңдеу технологиясында кеңінен қолданылады.
КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ

Кристаллизация – ерітінділер мен балқытпалардан қатты фазаны крисстал түрінде шығару.

Антибиотиктердің және басқа да биологиялық белсенді заттардың кристализациясы ерітінді температурасын өзгерту нәтижесінде немесе оларды аз еритін химиялық формаға ауыстыру негізінде ерітіндіні азайтуға негізделген. Соңғысы рН ерітіндісінің өзгеруімен немесе соған сәйкес реагенттің қосылуымен жүреді.

Кристаллизация антибиотиктерді қатты күйінде алу ғана емес, сонымен қатар қоспаларды тазартудың маңызды құралы болып табылады.

Кристаллизация әдісі антибиотиктерді (тетрациклин, эритромицин және т.б.), витаминдерді, полисахаридтерді өнім алу технологиясында қолданылады.

БУЛАНУ

Булану–сұйықтықты жылыту кезде еріткішті буландыру арқылы сұйық ерітіндіні шоғырландыру процесі. Көп жағдайда булану ерітіндісі кристализацияға ұшырап жатады.

Булану нәтижесінде алынатын қоюланған ерітінділер мен қатты заттар тез өңделіп, сақтауға және көшіруге ыңғайлы болып келеді.

Әдетте антибиотиктерді өндірістерде буландыру вакуум ішінде 60-70°С температурада жүзеге асады, сол себептен бұл әдіспен термолабильді биологиялық белсенді заттарды өңдеуге болмайды.



Достарыңызбен бөлісу:
  1   2   3


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет