маси. Інтенсифікація процесу. Використовувана апаратура
біотехнологічний продукт поділ цільової
У процесі культивування біооб'єкту накопичується цільовий продукт (біологічно-активні речовини - БАР). Цільовий продукт може накопичуватися (локалізуватися) всередині клітин-продуцентів (внутрішньоклітинні БАР), або в культуральній рідині (позаклітинні БАВ), або ж цільовим продуктом може бути сама клітинна маса біооб'єкту-продуцента.
В залежності від того, де накопичується цільовий продукт, залежатиме вибір способу виділення БАР. Процес виділення цільового продукту, отриманого в результаті життєдіяльності біооб'єкту - це складний і багатостадійний процес.
Найбільш складно виділення продукту, що накопичується в клітинах-продуцента. Для цього клітини необхідно відокремити від культуральної рідини, зруйнувати (дезінтеграція) і далі цільової продукт очистити від маси компонентів зруйнованих клітин. Виділення цільового продукту полегшується, в тому випадку, якщо він знаходиться в культуральній рідині. Тому в даний час прагнуть отримати методами генної інженерії промислові штами мікроорганізмів, які секретують цільовий продукт в культуральну рідину.
Першим етапом на шляху виділення і очищення цільового продукту є розділення вмісту біореактора на культуральну рідину і біомасу клітин. Даний процес носить назву сепарація. Для більш ефективного відділення біомаси клітин і стабілізації продуктів метаболізму біооб'єкту сепарації передує спеціальна обробка вмісту біореактора - зміна значення рН, нагрівання, додавання коагулянтів або флокулянтів. До методів сепарації відносять седиментацію, фільтрування і центрифугування.
Седиментація або флотація - це осадження частинок під дію сили тяжіння або за рахунок агрегації, тобто збирання в більші частки.
седиментацію використовують як методу розділення, якщо діаметр осадження частинок більше трьох мікрометрів, продукти досить стабільні (тривалість процесу не робить істотного впливу на інактивацію). Швидкість осадження частинок дуже незначна (10-6 і 10-7 м/с). Для прискорення процесу додають спеціальні речовини коагулянти (казеїн, желатин), що сприяють агрегації і осадження частинок. Продуктивність процесу осадження (y) м3/с залежить від швидкості і площі.
Флотація використовується в тому випадку, якщо клітини продуцента в біореакторі через низьку смачиваемости накопичуються в поверхневих шарах рідини або спливають в результаті попередньої обробки.
Флотатори різних конструкцій зціджують, відкачують або соскребают піну, що складається з бульбашок газу з прилиплими до них клітинами. Підвищення ефективності відбору біомаси у вигляді концентрованої суспензії досягається спінюванням рідини з наступним відділенням її верхнього шару. До переваг методу відносяться економічність, висока продуктивність, можливість застосування в умовах безперервного процесу.
Фільтрація - поділ твердої і рідкої фаз суспензії при пропущенні її через пористу перегородку. Рідина вступає в контакт з поверхнею фільтра і під дією різниці тисків рідка середу проходить через пори і збирається у вигляді фільтрату, а тверді частинки затримуються. У залежності від властивостей перегородки і суспензій розрізняють затримування частинок в глибині або на поверхні фільтруючого матеріалу.
Процес затримування частинок в глибині супроводжується механічним затримування твердих частинок суспензії в товщі капілярно-пористого матеріалу перегородки, а також за рахунок адсорбції та електрокінетичного взаємодії, що поступово призводить до закупорювання пір. Цей спосіб застосовують для малоконцентровані суспензій (менше 1%).
Процес затримування частинок на поверхні відбувається з утворенням осаду на поверхні перегородки, який є додатковим фільтруючим шаром і поступово збільшує загальне гідравлічний опір просуванню рідини. Роль перегородки полягає в механічному затримуванні частинок. Цей спосіб використовується для фільтрування суспензій з вмістом твердої фази більше 1%.
Для збільшення поверхні адсорбції та електростатичного взаємодії при фільтруванні додають допоміжні речовини в кількості від 0,1 до 2%. В якості таких речовин використовують глину білу, вугілля активоване, кизельгур і т.д.
У біотехнологічному виробництві застосовують такі види фільтрів: барабанні; дискові; стрічкові; тарілчасті; карусельні вакуум-фільтри; фільтри-преси; мембранні.
Діаметр пор у зазначених фільтрах може перевищувати розмір клітин, що практично не знижує ефективність фільтрації. Перша порція біомаси може проскочити через фільтр, але надалі у міру проходження рідини діаметр капілярних каналів звужується через прилипання частинок до стінок. При ць...
