Методи екстрагування і концентрування

Екстрагування – у випадку з біосинтезом поверхневого способу (ферменти, інколи органічні кислоти, рідше - антибіотики). Основане на переведенні речовини із твердого стану в рідкий стан, з рідкої фази видаляють іншими методами. Поступає суха, комкувата маса (50-60 % поживного середовища)~20 % біомаса, ~20 % продукт. Екстраген – речовина, яка переводить компоненти в розчин, - вода, інколи використовують слабкі розчини 1-2 % NaCl, 1-2 % (NH₄)₂SO₄. Мета екстрагування – максимальне перечення цільового продукту в розчин, наприкінці процесу – отримання процесу з максимальною концентрацією продукту та отримання розчину з мінімальним вмістом баластних речовин. Параметри процесу: t (22-25⁰С), 5-7 рН, тривалість екстрагування.

МАЛ.

Метод вакуум – випарювання. Принцип: випарювання води при низьких t_кип~25 ⁰С під вакуумом при короткотривалому контакті рідини з нагрівачем. 8000 л вологи, що випарюється за годину. Обмеження: термолабільні продукти. Тобто перед вакуум – випарюванням необхідно стабілізувати продукт (для ферментів – 0,1-0,3% CaCl₂, 1-3% гліцерин, сполуки на основі казеїну 0,5-1 %).

Мембранні методи очистки: діаліз та електродіаліз

Розділення речовин за допомогою діалізу основано на селективній проникності мембрани для сполук з різною молекулярною масою. Рушійна сила – різниця концентрацій (по обидві сторони мембрани).

Основне рівняння діалізу: Q=D_d S Δc, де Δc – різниця концентрацій, S – площа, D_d – коефіцієнт діалізу (залежить від властивостей мембрани).

Апарати складаються з хімічних стаканів та діаліз них трубок (целофан або модифікована версія марлін, при чому матеріали мають чітко визначені діаметри пор). Обмеження – термолабільність продукту (оскільки процес є досить тривалим - 5-10 год, доба при охолодженні до +4-+10⁰С) та невеликі об’єми.

МАЛ.

Електричний діаліз: апарат складається з 3 секцій (створюється різниця потенціалів). Переваги : процес йде швидше порівняно з діалізом, більш ефективна і швидка очистка розчину, для великих об’ємів. Недоліки: розбавлення в 2-4 рази.

МАЛ.

Баромембранні методи очистки:

- мікрофільтрація (d_пор=0,1-10 мкм, р=0,1-0,3 МПа) – відділення високомолекулярних сполук, використовують для холодної стерилізації (відділення мікроорганізмів);

- ультрафільтрація (d_пор=0,1-10^-3 мкм, робочий тиск 1-3 МПа, співвідношення пор і матеріалу 50%:50%, чим менше діаметр пор, тим менше це співвідношення).

- метод зворотного осмосу (d_пор=10^-3-10^-4 мкм, робочий тиск р=5-7 МПа, тобто робочий тиск вище, ніж осмотичний тиск розчину, який очищуємо – процес продавлювання не розчиненої речовини в розчини, а води. За межі мембрани виходить вода, а концентрований розчин залишається над мембраною. Метод зворотного осмосу – це метод концентрування розчину, вода має бути максимальної ступені чистоти, неможливо використовувати для розділення речовини в розчині, бо це є тонке концентрування, отримаємо моноречовину причому із високо очищеного розчину: 10-100 м³/добу. Очистка відбувається в різних об’ємах, чим більше об’єм тим краще.)

Матеріали за природою схожі, різниця – в діаметрах пор. Використовують похідні целюлози (ацетат целюлози, етилцелюлоза), різноманітні полімери, поліефірсульфоїдні матеріали, сульфоїдні, керамічні паперові (багатошаровий картон, спресований папір). Характеристика матеріалів – НММВ (номінальна молекулярна маса, що відсікається). Принцип вибору матеріалу – за розміром часток, що хочемо відділити, та що в послідуючому будемо очищати. Метод фінішної стерилізації (співвідношення пор до матеріалу 20%:80%) – перед сушкою (коли залишився рідкий продукт).