11.2. Установка для осаждения ферментов
Схема такой установки приведена на рис. 11.4, а. Установка состоит из сборника ферментного раствора 1, смесителя непрерывного действия 5, контуров непрерывной подачи ферментного раствора и растворителя, сепаратора 6 и системы автоматизации. Смеситель (рис. 11.4, б) представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд 1, внутри которого расположен шток 2. На штоке установлены распорные втулки 3, чередующиеся с перегородками 4, не доходящими с одной стороны до стенок цилиндра. На боковой верхней части вертикального цилиндра имеются штуцеры для подачи ферментного раствора и растворителя. В нижней части цилиндра расположен штуцер для выхода смеси [7].
Движущиеся сверху вниз по сложной траектории жидкости в течение короткого времени полностью смешиваются. Образующийся осадок непрерывно отделяется в сепараторе. При таком способе осаждения
Рис. 11.4. Установка для непрерывного осаждения ферментов:
а – общая схема: 1 – сборник для ферментного раствора; 2 – мерник для спирта;
3, 4 – ротаметры; 5 – смеситель; 6 – сепаратор; б – смеситель непрерывного действия
продолжительность контакта ферментов и растворителя сокращается в десятки раз, а выпадение ферментов в осадок повышается на 15–20 %.
Отделенный на сепараторе осадок может быть высушен в вакуум-сушильном шкафу, на сублимационной сушилке или, после растворения в минимальном количестве воды, в распылительной сушилке. Сепарированная надосадочная жидкость, содержащая 50–75 % растворителя, направляется на регенерацию в ректификационное отделение. После регенерации растворитель вновь поступает на стадию осаждения, а кубовый остаток, содержащий почти все сухое вещество культуральной жидкости или экстракта из поверхностной культуры, может быть использован для приготовления кормов для животных.
11.3. Перспективы высаливания ферментов
Известно, что ионы солей склонны к гидратации; при добавлении значительного количества соли происходит связывание воды. В то же время происходит дегидратация неполярных участков белка, которые стремятся взаимодействовать друг с другом, образовать агрегаты; растворимость белка резко падает, и он выпадает в осадок. Чем выше концентрация соли, тем быстрее происходит образование осадка.
Различные белки реагируют на процесс высаливания неодинаково. Это зависит, в первую очередь, от количества и размеров гидрофобных участков на поверхности белковой молекулы. Чем больше таких участков, тем легче протекает высаливание белков.
Растворимость белков в солевых растворах подчиняется эмпирическому уравнению Кона [8]:
lg S = lg S0 – ks µ, (11.1)
где S, S0 – растворимость белка в растворе соли и чистой воде соответственно;
ks – константа высаливания (зависит от природы соли и не зависит от pH среды);
µ – ионная сила раствора.
Для успешного высаливания необходимо, чтобы величина ks µ была как можно больше. Усилить эффект высаливания можно путем увеличения ионной силы раствора.
На процесс высаливания влияют также pH среды, температура, длительность процесса и др. Наименьшую растворимость в солевых растворах белки имеют вблизи изоэлектрической точки. С повышением температуры растворимость белков обычно падает.
Для высаливания используют нейтральные соли щелочных металлов – сульфат аммония или хлористый натрий. Процесс ведут при температуре 20–30 ºC.
Осадки, полученные при высаливании, имеют однородную структуру, содержат меньше балластных веществ, их легко сушить и измельчать, они слабо окрашены и хорошо растворяются. Если удалить из этих препаратов соль путем диализа или последующего осаждения органическим растворителем, можно получить сравнительно чистые ферментные препараты с минимальными потерями.