25Сурет - Ағатын қабықпен буландыру аппараты
Көп корпусты вакуум-буландырғыш қондырғыда культуральды сұйықтық бір аппарттан басқа аппаратқа тізбектеліп келіп, культуральды сұйықтық көп рет буландырылады. Буландыру аппараты 25 суретте көрсетілген, төменгі ағымдағы принциппен жұмыс істеледі. Культуральды сұйықтық қабылдағыш бактан насоспен буландырғыштың жоғарғы бөлігіне беріледі, құбырдың жоғарғы жағында тордың бетінде біркелкі таратылады және құбырдың ішкі жағында жоғарыдан төмен қарай жұқа қабықша түрінде ағады.
26 сурет -Үш корпусты буландырғыш қондырғы:
І-бір сатылы буландырғыш; 2-шашыратып бөлгіш;
3-екіншілік буға арналған құбыр; 4-екі сатылы буландырғыш;
5-үш сатылы буландырғыш; 6-бетіндегі конденсатор;
7- насостар; 8-су сақиналы вакуум – насос.
Құбыр аралық бос жердегі бірінші буландырғышқа ыстық бу беріледі. Культуральды сұйықтықты буландырғанда пайда болған буды екіншілік бу деп атайды, құбыр бойымен сұйықтық қабықша ағады, содан соң сұйықтық бөлгішке келіп түседі. Мұнда екіншілік будан буландырғыш сұйықтықты бөлу жүргізіледі. Екіншілік бу 80-870С температурада, құбыр аралық бөлгішке екіншілік буландырғышқа жіберіледі.
Қоюланған культуральды сұйықтық бірінші буландырғыштың төменгі бөлігінен және бөлгіштен насостың көмегімен буландырғыштың екінші сатысына, содан соң үшіншісіне жіберіледі (26 сурет). Үшінші сатыдағы буландырғышта культуральды сұйықтықтағы биомассаның концентрациясының шығымы 18-22 % дейін жетеді (құрғақ зат бойынша есептегенде).
Фильтрлеу
Өндірісте кейбір биологиялық активті затты көбінесе антибиотикті, культуральды сұйықтықтан микроорганизм массасын бөліп алу үшін фильтрлеу әдісі қолданылады. Формасы жіпше тәрізді, бұтақша тәрізді болып келетін микроорганизм – продуцентін бөліп алу үшін осы әдіс қолданылады. Фильтрлеудің мақсаты культуральды сұйықтықта қатты және сұйық фазаны кеуек бөлгіш арқылы бөлу болып табылады. Фильтрлеудің қозғалушы күші болып қоршаудың екі жақтағы қысымның айырмашылығы болып табылады. Фильтрлеу процесінің негізгі сипаттамасының бірі болып жылдамдығы саналады, демек бір мезгілде W, м3/ ( м2 ▪ с ) фильтрлеуші бетте алынған фильтраттың бірлік саны:
,
мұндағы: V-фильтраттың көлемі, м3,
F –фильтрлеуші беттің ауданы, м2,
τ– уақыт, с.
Фильтрлеудің жылдамдығы қысымына, тұнба қабатының қалыңдығына, оның құрылысына, сұйық фазаның тұтқырлығына және басқада факторларға байланысты.
Фильтрленуші сұйықтық екі кеуек қабат арқылы өтеді: тұнба қабат (ауыспалы қалыңдық) және фильтрлеуші қоршау. Фильтрлеу процесінің есебін білу үшін суспензияның сипатталуына байланысты және фильтрлеуші ұлпаны және тұнбаны білу қажет. Тұнбаның меншікті кедергісінің мәні және фильтрлеуші бөлгіш тәжірибелі жолмен анықталады.
Культуральды сұйықтықтың фильтрленуі микроорганизм – продуцентіне, қоректік ортаның сандық және сапалық құрамына, ферментация жағдайына байланысты. Продуценттер көлеміне және жасушаның пайда болу құрылысына қарай ажыратылады. Мысалы, пенициллин продуценті ұзынша талшықты мицелий «толық» жіпше диаметрі 5-50 мкм, сұйық фазадан бөліп алуда қиындық болмайды. Мицелий актиномицет жіңішке (0,2-1мкм) бұтақ жіпше көп санды бір-бірімен байланысқан болып сипатталады.
Ферментация процесінің соңында сілекейлі жасуша байқалады, нәтижесінде сұйықтықта мицелиялы жасуша үзінді бөлігінен жұқа дисперсиялы фракция пайда болады. Мицелия аморфты, сілекейлі, жабысқақ тәрізді, фильтрлеуші материал саңылауы тез бекітіледі. Тұнбаның меншікті кедергісі күшті. Культуральды сұйықтықтың фильтрленуіне ферментация процесінің жүргізілу жағдайы үлкен әсер етеді: шикізат саны, сапасы және құрамы, қоректік затты тұтынатын сұйықтықтың құрамы, май мөлшері, ферментация процесінің ұзақтығы. Мысалы, жүгері экстрактінің орнына соя ұнын қолданғанда, тұндыруда кедергіні кемітеді, фильтрлеу жылдамдығын жоғарылатады. Егер культуральды сұйықтыққа қоректік зат тұтынбайтын зат қатысса, фильтрлеу баяулайды. Көбік сөндіруде май қолданылса ферментация соңында фильтрлеу нашарлайды. Ферментация процесінің ұзақтығы да фильтрлеу процесіне кері әсерін тигізеді. Культуральды сұйықтағы көптеген антибиотиктердегі фильтрлеуді жақсарту үшін мицелияны бөлу үшін арнайы өңдеулер жасалынады.
Культуральды сұйықтықты фильтрлеуді жақсарту әдісіне жылы коагуляция, қышқыл коагуляция, электролитпен өңдеу және фильтрлеуші ұнтақты қолдану жатады.
Ыстық коагуляция негізінде антибиотиктерді алғанда қолданылады, сулы ортада қыздырғанда бұзылмайды. Ол ақуыз денатурациясы жоғары температураға негізделген. Бұл жағдайда фильтрлеу жылдамдығы ақуыз коагуляциясына және ыдырау есебінен жоғарылайды. Тұнба мұндай кезде аз жабысатын, оңай сусызданатын болады. Одан басқада (70-750С) жоғары температурада культуральды сұйықтықтың тұтқырлығы төмендейді. Бірақ жылумен өңдеу дайын өнімнің сапасына кері әсерін тигізеді.
Қышқыл коагуляция антибиотик өндірісінде кеңінен қолданылады, ерітіндінің рН мәні төмен берік болып келеді. рН мәнін төмендету, қышқылды таңдау антибиотикті келесідей химиялық тазарту талабымен анықталады.
Бірақ қышқыл коагуляциядан жақсы фильтрлеу процесі барлық культуральды сұйықтықты қамтамасыз етпейді. Кейбір жағдайда қышқыл – жылы коагуляция бірлескенде жақсы эффект береді.
Культуральды сұйықтықты фильтрлеуді жылдамдату үшін фильтрлеуші ұнтақ кеңінен қолданылады. Көбінесе силикат ұнтақ (перлит, диатомит және т.б.) немесе ағаш ұны қолданылады. Ұнтақ сулы суспензия түрінде фильтрге беріледі, фильтр бетіне 1-2мм қалыңдықта (шайынды) топырақ қабаты төселеді, содан соң сол арқылы культуральды сұйықтық фильтрленеді. Фильтрлеуші қабат топырақ қабаттың енгізгіштігі жоғары болғандықтан фильтрлеу жылдамдығын жоғарылатады. Кейде ұнтақты тікелей фильтрлеу алдында культуральды сұйықтыққа қосады, мұндай жағдайда фильтрлеу процесінің жылдамдығы бар жоғы 15-20 % ұлғаяды, ал бұл кезде топырақ қабатпен 1,5-2 есе жоғары болады.
Жоғарыда айтылған әдістердің барынша тиімділігі жеткілікті емес. Олар тұнбаның құрылысын өзгертпейді, қабатты жумай-ақ фильтрді бөлуге қолдануға болады.
Тиімді әдіс коагуляция, ол тұнбаның түрін жақсартады және фильтрлеу жылдамдығын жоғарылатады, культуральды сұйықтыққа реагентті қосқанда ерімейтін тұнба пайда болады, қор жиналушының пайда болу әдісі болып саналады. Мұндай реагенттер болып Ca, Ba, Fe, Al және т.б. тұздар атқарады, сулы ортада тұнба фосфор, қымыздық қышқылы және басқа күкірт қышқылы анионымен пайда болады. Мицелия бөлшектерін алдын-ала салудың әсерінен культуральды сұйықтықта тұнбаның түсіп түйіршіктер пайда бола бастайды.
Культуральды сұйықтықтан биомассаны бөлуге арналған фильтр. Үздіксіз және периодты әдістің жұмыс жасау принципінің әсері бойынша фильтр ажыратылады. Қозғалушы күштің сипаты бойынша фильтрдің қысыммен және вакууммен жұмыс істеуін ажыратуға болады.
Биопрепарат өндірісінде мицелияны бөлуге арналған фильтрдің құрылысы барабанды вакуум – фильтр және рамалы фильтр – пресс қолданылады.
Рамалы фильтр – престің сызба нұсқасы 27 суретте келтірілген. Периодты жұмыс жасайтын аппарат, қысыммен жұмыс істейді. Фильтр – пресс 2 плита мен 3 рама кезектесіп орналасқан бірдей размерден тұрады, оның арасында фильтр мата (салфетка) қысып тұрады. Рама мен плитаның екі параллель бүйіріндегі қондырғы 4 дөңгелек бөренеге тіреледі. Плита мен рама 1 мандайшаға қысылып тұрады 5 жылжымалы мандайшаның көмегімен мандайшаға қысылып тұрады, плунжерлі гидравликалық қондырғыға 6 қысым әсер етеді. Плита тақтаның шеттерінің беті тегіс болып келеді, ал ортасы ирек таяқшалы болып келеді. Плита мен рамада 7 құюға арналған саңылау бар, жиналған кезде фильтрлеуші сұйықтық жүретін каналша пайда болады. Рамалы фильтр престе фильтрлеу процесі келесідей жүргізіледі.
27 сурет - Рамалы фильтр- пресс:
1-маңлайша; 2-рама; 3-плита; 4-бөрене;
5-жылжымалы маңлайша; 6-гидравликалық қондырғы;
7-құюға арналған саңылау; 8-шүмек.
Культуральды сұйықтық қысым арқылы каналға беріледі және одан раманың қабырғадағы саңылауы арқылы ішкі кеңістікке беріледі және ішкі раманың бетімен беріледі. Мицелия осы кеңістікте ұсталады, ол натрий ерітіндісі фильтрлеуші сорғыш (салфетка) арқылы өтеді, содан соң науа мен канал арқылы шүмектен науаға ағады. Фильтраттың бірінші бөлігі мөлдір болмайды, оны культуральды сұйықтықтың жинағышына қайтарады. Одан кейін матаға тұнба қабатына жиналады, сол арқылы фильтрленеді. Фильтрат осы кезде мөлдірленеді.
Фильтрленгеннен кейін мицелияны жуады. Жуу мақсаты – тұнбадан натрий ерітіндісін ығыстыру, антибиотиктің толық мицелиядан натрий ерітіндісіне ауысуын қамтамасыз ету. Мицелияны жуып болғаннан кейін фильтрге сығылған ауамен үрлеп тұнба саңылауынан жуылған су шығарылады. Содан соң жылжымалы плитаны жылжытады. Плитаны және раманы жылжытып және тұнба бункерге жіберіледі, филтрлеуші шыт мата сумен жуылады.
Фильтрлеу процесі 0-ден 0,2-0,3 дейін МПа қысыммен фильтрдің жоғарғы өнімділігін қамтамасыз етеді, мұндай жағдайда барлық уақытта жоғары қысымда болады. Жоғарғы қысыммен фильтрлеудің алдыңғы кезеңінде фильтрлеуші матаның және топырақ қабаттың кеуектеріне тұнбаның майда бөлшектерінің енуін тудырады және оның нығыздалып бітелуі фильтрлеу жылдамдығын төмендетеді.
Рамалы фильтр-престің кемшілігі болып, физикалық жұмыстың жоғары болуы, қызмет етушілерде санитарлық жағдайының ауыр болуы және фильтрлеу жылдамдығының төмен болуы саналады.
Рамалы фильтр–престің артықшылығы, құрылысы қарапайым, жылжымалы бөлшектердің болмауы, сондай-ақ мөлдір фильтрат алу мүмкіндігі.
28 сурет - Барабанды вакуум - фильтрдің жұмыс істеу сызба нұсқасы
І-фильтрлеу, ІІ-кептіру, ІІІ -жуу және кептіру,
ІҮ-үрлеу және ұлпа регенерациясы
Барабанды вакуум-фильтр вакуумның жұмыс істеуінің әсерінен үздіксіз жұмыс жасау қамтамасыз етіледі. Фильтрде көлденең перфорирленген барабанның болуы, фильтрлеуші мата қаптама қамтамасыз етілген (28сурет).
Барабан өзінің нысана бойымен жәймен айналады, культуральды сұйықтық ыдыстың бетіне 0,3-0,4 үздіксіз беріліп отырады. Фильтрлеуші барабанның беті бір қатар тік бұрышты ұяшықпен бөлінген, бір–бірінен оқшауланған. Ұяшықтар таратқыш қондырғы арқылы қосылған. Әрбір ұяшық тізбектеле фильтрленеді, бірінші құрғату, жуу, екінші құрғату, тұнбаны жою, және ұлпаның регенерациясы.
Фильтрлеу аймағында культуральды сұйықтық ұяшыққа жанасады және түтіктің аузымен жалғасады, ол вакуум көзі болып саналады. Мұндай кезде фильтрат түтік арқылы жинағышқа жіберіледі, ал ұяшықтың бетінде тұнба пайда болады.
Фильтрде тұнба бірінші атмосфералық ауамен жанасқан құрғату аймағында болады. Вакуумның әсерінен сұйықтық тұнба саңылауынан ығысады және фильтратпен бірігеді.
Жуылатын аймақта құрғатылған тұнбаға бүркігіш қондырғы арқылы су беріледі. Жуылған сұйықтық түтік арқылы жинағышқа жіберіледі.
Тұнбаны жоятын аймақта ұяшық түтіктің аузымен қосылады, ол сығылған ауамен бірігеді. Сығылған ауаның әсерінен фильтраттың қарама – қарсы жағына жіберіледі, тұнба ыдырайды және матадан ажыратылады, содан соң пышақпен сылынып алынады. Регенерация аймағында мата сығылған ауамен үрленеді, ол түтік арқылы ұяшыққа келіп түседі де сығылған ауамен бірігеді.