Ыстықпен өңдеу және булау

Биотехнологиялық өндірісте дайын өнімді алдын ала концентрлеу әдісінде булау процесі кеңінен таралған. Құрғақ затты концентрлеуде культуралды 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 өнімнің биологиялық активтілігінің минимальді жоғалуын қамтамасыз ететін режимде жүргізіледі.

Әрбір өнімге сәйкес температурада буландыру аппаратына өнімнің келуі тәжірибелі жүйеде анықталады. Культуралды сұйықтықты буландыру үшін 70-80⁰С температура қабылданады. Буландыру аппаратында сұйылуда мұндай температура қайнау температурасына жетеді. Буландыру көп корпусты немесе бір корпусты ваккум буландырғыш қондырғыда жүргізіледі. Көп корпусты факкум буландырғыш қондырғыда культуралды сұйықтық бір аппараттан басқа аппаратқа тізбектеліп келіп, культуралды сұйықтықты көп рет буландырады. Буландыру аппарат 46 суретте көрсетілген, төменгі ағымдағы принциппен жұмыс істеледі. Культуралды 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.

Құбыр аралық бос жердегі бірінші буландырғышқа ыстық бу беріледі. Культуралды сұйықтықты буландырғанда пайда болған буды екінішік бу деп атайды, құбыр бойымен сұйықтық қабықша ағады, содан соң сұйықтық бөлгішке келіп түседі. Мұнда екінішілік будан буландырғыш сұйықтықты бөлу жүргізіледі. Екіншілік бу 80-87⁰С температурада, құбыр аралық бөлігіне екіншілік буландырғышқа жіберіледі.

Қоюланған культуралды сұйықтық бірінші буландырғыштың төменгі бөлігінен және бөлгіштен насоспен буландырғыштың екінші сатысына, содан соң үшіншісіне жіберіледі. Үшінші сатыдағы буландырғышта культуралды сұйықтықтағы биомасса концентрациясының шығымы 18-22% дейін жетеді (құрғақ зат бойынша есептегенде).

Фильтрлеу

Өндірісте кейбір биологиялық активті затты көбінесе антибиотикті, культуралды сұйықтықтан микроорганизм массасын бөліп алу үшін фильтрлеу әдісі қолданылады. Формасы жіпше тәрізді, бұтақша тәрізді болып келетін микроорганизм - продуцентін бөліп алу үшін бұл әдіс қолданылады. Фильтрлеудің мақсаты культуралды 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 жылдамдық саналады, демек бір мезгілде W, м³/(м²-с) фильтрлеуші бетте алынған фильтрат саны:

мұндағы - фильтрат көлемі, м³, - фильтрлеуші беттің ауданы, м², - уақыт, с.

Фильтрлеудің жылдамдығы қысымына, тұнба қабатының қалыңдығына, оның құрылысына, сұйық фазаның тұтқырлығына және басқа факторларға байланысты.

Фильтрленуші сұйықтық екі кеуек қабат арқылы өтеді: тұнба қабат ( ауыспалы қалыңдық) және фильтрлеуші қоршау. Фильтрлеу процесінің есебін білу үшін тұнбасуспензиясының сипатталуына байланысты және фильтрлеуші ұлпаны білу қажет. Тұнбаның меншікті кедергісінің мәні және фильтрлеуші бөлгіш тәжірибелі жолмен анықталады.

Культуралды 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 5-10 мкм, сұйық фазадан бөліп алуда қиындық болмайды. Мицелий актиномицед жіңішке (0,2-1 мкм) бұтақ жіпше көп санды бір-бірімен байланысқан болып сипатталады. Ферментация процесінің соңында сілекейлі жасуша байқалады, нәтижесінде сұйықтықта мицелия жасуша үзінді бөлігінен жұқа дисперсиялы фракция пайда болады. Мицелий аморфты, сілекейлі, жабысқақ тәрізді, фильтрлеуші материал саңылауы тез бекітіледі. Тұнбаның меншікті кедергісі күшті. Культуралды сұйықтықтың фильтрленуіне ферментация процесінің жүргізілу жағдайы үлкен әсер етеді: шикізат саны, сапасыжәне құрамы, қоректік затты тұтынатын сұйықтықтың құрамы, май мөлшері, ферментация процесінің ұзақтығы. Мысалы, жүгері экстрактының орнына соя ұнын қолдану тұндыруда кедергіні кемітеді, фильтрлеу жылдамдығын жоғарылатады. Егер кульуралды 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. Культуралды сұйықтықтағы көптеген антибиотиктегі фильтрлеуді жақсарту үшін мицелияны бөлу үшін арнайы өңдеулер жасалынады.

Культуралды сұйықтықтағы фильтрлеуді жақсарту әдісіне жылы коагуляция, қышқыл коагуляция, электролитпен өңдеу және фильтрлеуші ұнтақты қолдану жатады.

Ыстық коагуляция негізінде антибиотик 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 басқа (70-75⁰С) жоғары температурада культуралды 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 келесідегідей химиялық тазарту талабымен анықталады.

Бірақ қышқыл коагуляциядан жақсы фильтрлеу процесі барлық культуралды сұйықтықты қамтамасыз етпейді. Кейбір жағдайда қышқыл жылы коагуляция бірлескенде жақсы эффект береді.

Культуралды сұйықтықты фильтрлеуді жылдамдату үшін фильтрлеуші ұнтақ кеңінен қолданылады. Көбінесе силикат ұнтақ (перлит, диатомит және т.б.) немесе ағаш ұны қолданылады. Ұнтық сулы суспензия түрінде фильтрге беріледі, фильтр бетіне 1-2 мм қалыңдықта (шайынды) топырақ қабаты төселеді, содан соң сол арқылы культуралды сұйықтық фильтрленеді. Фильтрлеуші қабат топырақ қабаттың енгізгіштігі жоғары болғандықтан фильтрлеу жылдамдығын жоғарылатады. Кейде ұнтақты тікелей фильтрлеу алдында культуралды сұйықтыққа қосады, мұндай жағадйда 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 сипатын жақсартады және фильтрлеу жылдамдығын жоғарылатады, культуралды 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, шавель және басқа қышқыл күкірт анионымен пайда болады. Культуралды сұйықтыққа тұнбаның түсуі мицелия бөлшектерін алдын ала салуынан түйіршіктердің пайда болуына ұмтылдырады.

Культруралды сұйықтықтан биомассаны бөлуге арналған фильтр. Үздіксіз және периодты әдістің әсерінен жұмыс істеу принципі бойынша фильтр ажыратылады. Қозғалушы күштің сипаты бойынша фильтрдің қысыммен және ваккуммен жұмыс істеуін ажыратуға болады.

Биопрепарат өндірісінде мицелияны бөлуге арналған фильтр құрылысы барабанды ваккум – фильтр және рамалы фильтр – пресс қолданылады.

Рамалы фильтр – пресстің сызба нұсқасы 48 суретте келтірілген, периодты жұмыс жасайтын аппарат, қысыммен жұмыс істейді. Фильтр – пресс 2 плита мен 3 рама кезектесіп бірдей размерден тұрады, оның арасында фильтр мата (салфетка) қысып тұрады. Рама мен плита екі параллель бүйіріндегі қондырғы 4 дөңгелек бөренеге тіреледі. Плита мен рама 1 маңлайшаға қысылып тұрады, плунжерлі гидравликалық қондырғыға 6 қысым әсер етеді. Плитка тақтаның шеттерінің беті тегіс болып келеді, ал ортасы ирек таяқшалы болып келеді. Плита мен рамада 7 құюға арналған саңылау бар, жинаған кезде фильтрлеуші сұйықтық жүретін каналша пайда болады. Рамалы фильтр прессте фильтрлеу процесі келесідегідей жүргізіледі.

Культуралды 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 филтрлеуші сорғыш (салфетка) арқылы өтеді, содан соң науа мен канал арқылы шүмектен науаға ағады. Фильтраттың бірінші бөлігі мөлдір болмайды, оны культуралды сұйықтық жинағышына қайтарады. Одан кейін матаға тұнба қабатына жиналады, сол арқылы фильтрленеді. Филтрат осы кезде мөлдірленеді.

Фильтрленгеннен кейін мицелияны жуады. Жуу мақсаты –тұнбадан натрий ерітіндісін ығыстыру, антибиотиктің толық мицелиядан натрий ерітіндісіне аусуын қамтамасыз ету. Мицелияны жуып болғаннан кейін фильтрге сығылған ауамен үрлеп тұнба саңылауынан жуылған су шығарылады. Содан соң жылжымалы плитаны жылжытады. Плитаны және раманы жылжытылып және тұнба бункерге жіберіледі, фильтрлеуші 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-пресстің кемшілігі болып физикалық жұмыстың жоғары болуы, қызмет етушілерде санитарлық жағдайының ауыр болуы және фильтрлеу жылдамдығының төмен болуы саналады.

Рамалы фильтр-пресстің артықшылығы, құрылысы қарапайым, жылжымалы бөлшектердің болмауы, сондай-ақ мөлдір фильтрат алу мүмкіндігі.

Барабанды ваккум-фильтр ваккумның жұмыс істеуінің әсерінен үздіксіз жұмыс істеуі қамтамасыз етіледі. Фильтрде көлденең перфорирленген барабанның болуы, фильтрлеуші мата қаптама қамтамасыз етілген.

Барабан өзінің нысана бойымен жәймен айналады, культуралды сұйықтық сиымдылық бетіне 0,3-0,4 үздіксіз беріліп отырады. Фильтрлеуші барабанның беті бірқатар 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 регнерациясы.

Фильтрлеу аймағында культуралды сұйықтық ұяшыққа жанасады және түтіктің аузымен жалғасады, ол ваккум 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. Ваккумның әсерінен сұйықтық тұнба саңылауынан ығысады және фильтратпен бірігеді.

Жуылатын аймақта құрғатылған тұнбаға бүркегіш 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.