Культуральды сұйықтықтан биомассаны бөліп алу және концентрлеу сатысы

Ферментация процесі аяқталғаннан кейін культуральды сұйықтықтың құрамында микроорганизмдердің тіршілік етуіне қажетті заттар, қоректік ортаның қалдықтары, көбік сөндіргіш, еріген және ерімеген заттар болады.

Биосинтез процесінің дайын өнімі болып, культуральды сұйықтықта еріген зат немесе микроорганизм жасушасының ішіндегі микроорганизмнің өзі, әлде оның метаболиттері саналады. Барлық жағдайда дайын өнімді бөліп алу үшін, культуральды сұйықтықтан микроорганизмдер массасының өлшенген фазасын бөліп алу қажет.

Культуральды сұйықтықтағы микроорганизмдердің құрамы төмен. 1л культуральды сұйықтықтың құрамында 5-10г ҚБ (құрғақ биомасса) болады. Фазаның мұндай мөлшерін бөліп алуда күрделі технологиялық процесс жүреді, әр түрлі әдістер қолданылады, барлық уақытта биомассаны концентрлеумен шешіледі (флотирлеу, сепарирлеу, буландыру). Өндірістік жағдайда үлкен көлемде қиын фильтрленуші суспензияны өңдеуде көп мөлшерде энергияның жұмсалуына әкеліп соқтырады.

Культуральды сұйықтықтан микроорганизм жасушасының биомассасын бөліп алу әдістерін механикалық (центрифугирлеу, фильтрлеу, тұндыру) және жылу техникалық (кептіру) бөлімдеріне бөлуге болады. Соңғы өнімге байланысты осы әдістің сәйкес келетінін таңдауға болады. Культуральды сұйықтықтағы микроорганизм концентрациясын, биопрепараттың тауарлы формасын ескеріп, концентрлеудің және биомассаны бөліп алудың сызба нұсқасы таңдап алынып, экономика жағынан бағасы беріледі.

Флотирлеу

Азықтық ақуыз өндірісінде ашытқы жасушасын концентрлеу үшін флотирлеу әдісі қолданылады. Орындалу мақсаты культуральды сұйықтық көбіктенгенде ашытқының негізгі массасы ауамен бірге көбікке ауысады, оны культуральды сұйықтықтан бөліп алады. Флотирлеу процесі арнайы аппаратта – құрылысы әр түрлі флотаторда жүргізеді. Биотехнологиялық өндірісте флотатор аппараты қолданылады, бірнеше вариантта орындалады: көлденең конусты, тігінен цилиндрлі, бір сатылы және екі сатылы ішінде стаканы бар болып келеді. 24 суретте қарапайым бір сатылы флотатордың жалпы түрі келтірілген. Флотатор түбі тегіс цилиндрлі корпустан тұрады және ішкі жағында көбік жинағыш стаканы бар болады. Корпус пен көбік жинағыштың арасындағы сақиналы кеңістік (1-V) тігінен секциялы бөліктерге бөлінген. Бөлгіш қоршаулар бірінші мен соңғы секциядан басқасының түбіне жетпей тұрады. ІІ-V секцияда аэратор орнатылған.

Ашытқы суспензиясы, ашытқы өсіруші аппараттан бірінші ұзындығы бойынша ең үлкен флотатордың секциясына келеді, осы жерде ашытқының негізгі массасы газ суспензиясы құрамының есебінен флотирлеу іске асырылады. Пайда болған көбік ішкі стаканның жоғарғы жағынан асып ағып түсіп, көбік жинағышқа келеді. Культуральды сұйықтықта қалған ашытқы, флотирлеудің қалған секциясында, аэратор арқылы берілген ауаның көмегімен іске асырылады. Пайда болған көбік, көбік жинағышқа келіп түседі. Көбік жинағыштағы көбікті механикалық көбік сөндіргішпен сөндіреді. Көбік жинағыштан ашытқы концентраты сепарацияға беріледі.

44 сурет - Бірсатылы флотатор:

1- ашытқы суспензиясын құюға арналған патрубка;2-корпус;

3-ішкі стакан;4-бірігіп тұратын қалта; 5-механикалық көбік сөндіргіш;

6-аэраторлар.

Өңделген культуральды сұйықтық соңғы секциядағы гидрозатордың қызметін атқаратын қалтасынан шығарылады. Флотатордың өнімділігі бастапқы ашытқы суспензиясы бойынша 40-70 м³/сағ құрайды. Флотирлеу әдісі тек қана ашытқыны концентрлеу үшін қолданылады.

Сепарирлеу

Микроорганизмнің биомассасын концентрлеу, сепарирлеу әдісімен жүргізіледі, үлкен көлемдегі қиын фильтрленетін суспензияны жоғарғы жылдамдықта өңдеуге мүмкіндік жасалады.

Сепарирлеу процесі флотирлеу процесімен салыстырғанда энергия көлемі көлемді жұмсалады, сондықтан алдын ала флотирлеуге мүмкіндік жасайды, ол сепарирлеу сатысының санын қысқартады.

Культуральды сұйықтықты сепарирлеу алдында сұйылтуға немесе газдан тазарту үшін деэмульгирлейді. Культуральды сұйықтықты сепарирлеу үшін және культуральды сұйықтықтың бір қалыпты құйылуына мүмкіндік жасайды.

Деэмульгирлеу әр түрлі әдіспен іске асырылады: механикалық (флотаторда механикалық көбік сөндіру немесе флотирлеу сатысы болмаған кезде механикалық көбік сөндіру), химиялық (көбік сөндіруге химиялық заттарды қолдану) немесе табиғи (арнайы деэмульгаторлар) заттарды қолданады.

Сепарирлеу процесі ықшамдалған және өнімділігі жоғары сепаратор аппаратында жүргізіледі.

Биомассаны бөліп алу сепараторда ортадан тепкіш күштің әсерінен жүргізіледі. Сепаратордың жұмысшы құралы барабан болып табылады, оның ішінде табақты ұстағыш конусты табаққа бекітіледі. Табақтың сырт жағында қабырғасы бар, осының арасында 0,8 мм саңылау пайда болады. Барабан ұршық – білікке кигізілген. Сепаратордың осы құрылысының кемшілігі табақтардың арасындағы бос жерлеріне биомасса қалдығының тез толып қалатындығы. Сепаратордың жұмыс істеу ұзақтығы 12 - 24 сағатқа дейін созылады, содан соң барабанды ажыратып алып жуады.

Ыстықпен өңдеу және булау

Биотехнологиялық өндірісте дайын өнімді алдын ала концентрлеу әдісінде булау процесі кеңінен таралған. Кұрғақ затты концентрлеуде культуральды сұйықтықты булау 20-40 % жетеді. Негізінде биосинтездің дайын өнімін қыздырғанда (термолабильді) шыдамайды және 5-15 минутта 50-60⁰С температурада белгілі бір дәрежеде инактивтеледі. Сондықтан буландыру процесі соңғы өнімінің биологиялық активтілігінің минимальді жоғалуын қамтамасыз ететін режимде жүргізіледі.

Әрбір өнімге сәйкес температурада буландыру аппаратына өнімнің келуі тәжірибелі жүйеде анықталады. Культуральды сұйықтықты буландыру үшін 70-80⁰С температура қабылданады. Буландыру аппаратында сұйылуда мұндай температура қайнау температурасына жетеді. Буландыру көп корпусты немесе бір корпусты вакуум - буландырғыш қондырғыда жүргізіледі.