Жұмыс жоспары:
Сұйықтық экстракция әдісі.
Экстракциялауға арналған аппараттар.
Ион алмасу.
Жасуша биомассасынан метаболит өнімін бөлу.
2. Жұмыс мақсаты: Культуралды сұйықтықтан метаболизм өнімін бөліп алу процесімен таныстыру.
3. Қысқаша теориялық мәліметтер:Культуралды сұйықтықтан метаболизм өнімін бөліп алу.
Сұйықтық активті зат мысалы, антибиотик культуралды сұйықтықта ерітінді түрінде болады, оны шығарып алу үшін экстракция немесе иналмасу әдісі қолданылады.
Сұйықтық экстракция әдісі.
Сұйықтық экстракция бір сұйықтықтан басқа сұйық затты шығарып алу процесі болып саналады. Судан органикалық еріткішпен затты экстрагирлейді. Органикалық еріткіштің сумен араласпайтыны қолданылады. Демек, экстракция прцесінде екі сұйық фаза – экстрагент және бастапқы ерітінді қатысады. Экстракциядан кейін алынған фазаны экстракт және рафинат деп атайды (немесе қолданылған ерітінді).
Экстаркция әдісі культуралды сұйықтықтан дайын компонентті бөліп алу аған емес, және белгілі бір мөлшердегі қоспаны шығару және концентрлеуге мүмкіндік береді. Белгілі бір көлемдегі заттың сулы ертіндісін экстракциялау үшін, мысалы антибиотикті органикалық ертіндінің (экстрагенттің) ерімейтін немесе суда әлсіз еритіннің белгілі мөлшерін қосады.
Сулы және органикалық фазаны араластырады және сосын бөледі, тұндырады немесе центрафугирлейді. Нәтижесінде экстракт алады және қолданылатын ерітінді алынады.
Лабораториялық жағдайда экстракция бөлгіш воронкада жасалынады. Экстракция процесінің негізгі сипаттамасы болып Кр тарату коэффициенті саналады, ал органикалық фазадағы таратылатын заттың тепе-тең концентрациясының С0 (экстракт) сулы фазадағы Св (рафинатқа) тепе-теңдік концентрациясына қатынасы болып келеді:
Таратылатын коэффициент мәні бойынша экстрагенттің экстракциялау қабілеттілігі туралы талқыланады. Кр тарату коэффициенті жоғары болған сайын, осы экстрагенттен дайын компонентті шығарып алу қабілеті де жоғары болады. Затты бөліп алу экстракциялау процесінің ұзақтығына байланысты. Бірақ көптеген биологиялық активтік заттар үшін экстракция процесінде лабильді экстракциялау уақытын қысқартады. Содан басқа да үлкен көлемдегі культуралды сұйықтықты қайта өңдейді (ондаған тонна), сонымен қатар экстракциялау уақытын азайтуды қажет етеді.
Экстракция процесінің жылдамдығын ұлғайтуда фазаның бетін бір-бірімен өзара әрекеттесуін барынша бөлу қажет. Бұл экстрагент қарқында диспергирлегенді майда тамшыға дейін, басқа сұйықтыққа біркелкі таратылады. Бұл кезде фазаның бетіне жанасатын ауданы өсіп қана қоймайды және бөлінетін заттың ауысуындағы кедергісі азаяды. Экстракция процесінің жылдамдығының ұлғаюы сұйықтықтың қарама-қарсы жылжуына жағдай жасайды. Бұл жағдайда экстрагенттің дайын компонентін құрамайтын ерітіндісімен байланысты болады, онда тікелей қаныққан дайын компонент экстрагенттің бастапқы ерітіндісімен байланыста болады.
Ақуызды жоғарғы аминдерді, май қышқылының тұзын құрайтын көптеген культуралды сұйықтық эмульгаттар деп аталады. Культуралды сұйықтықта экстрагенттің диспергирленуінен берік эмульсия пайда болады, толығымен бөлінбеу себебінен, дайын компоненттің және ертіндінің жоғалуына әкеледі. Эмульсияның бұзылу ұзақтығы минимальды болуы керек (10 с көп емес). Сондықтан экстракция, мысалы антибиотик ортадан тепкіш экстрактор – сепараторда жүргізіледі және бір мезгілде эмульсияның бұзылуы екі сатыда болуы мүмкін, біріншісінде экстракция процесі бір аппаратта, ал ортадан тепкіш сепараторда немесе эмульсияның суперцентрифугалап бөлуде.
Аз мөлшерде өндірілетін зауыттарда периодты экстракция қолданылады, ал араластырғыш бұлғағышы бар аппаратта түбі конусты бөлгіш воронкада жүргізіледі. Аппарат салқындатуға арналған жейдемен қапталған. Аппаратқа культуралды сұйықтықтың және экстрагенттің белгілі мөлшерін құяды, рН мәнін қажет мәнге жеткізуге дейін қышқыл немесе сілті ерітіндісін құяды. 10-20 минут араластырады, сулы және органикалық фаза сепарациялау әсерінен бөлінеді.
Зауытта ондаған тонна культуралды сұйықтық тәулігіне үздіксіз экстракциялап өңдеуде қолданылады. Культуралды сұйықтық, күкрт қышқылы (немесе сілті ерітіндісі) және органикалық еріткіш экстрактор-араластырғышқа беріледі. Араластырғышта алынған эмульсия табақша сепараторға немесе түтікшелі жоғары центрифугалауға бөлуге жіберіледі.
Экстракциялауға арналған аппараттар. Бөлуде экстракция және сепарирлеу процесінде көбінесе құйылып тұратын инжектор-араластырғыш қолданылады, мұнда сұйықтық жұқа диспергирленуге жетеді. Мұндай араластырғыштың құрылысы қарапайым және сенімді, қозғалушы бөлігі болмайды.
САЖ-3М сепараторы антибиотик өндірісіне арнайы жасалған. Эмульсия сепараторға жоғарыдан беріледі, барабанның орталық аузы арқылы төменгі бөлігіне беріледі және табақша ұстағыш саңылау арқылы барабан камерасына түседі, табақшада екі концентрленген саңылау бар, сол жерден табақша арасындағы саңылау арқылы сұйықтық өтеді. Сепаратор ротордың айналуы 4000-7000 об/мин ортадан тепкіш күшті құрайды, осы күштің әсерінен ауыр сұйықтықтар барабанның шеттеріне лақтырылып табақша бойымен төмен қарай ағады, ал жеңілі жоғары көтеріледі.
Ауыр сұйықтық барабанның шет-шетімен көтеріледі, қақпағынадағы саңылау арқылы үздіксіз ағыммен барабаннан шығарылады. Жеңіл фракция барабаннан табақша ұстайтынның арасындағы сақиналы саңылау арқылы шығарылады.
Құбырлы жоғары центрифуна эмульсияны бөлуге арналған араластырғыш та алынады. Оның негізгі элементті араластырғыш болып жартылай цилиндрлі – ротор саналады, айналу жылдамдығы 13000-15000 об/мин болады. Бөлінетін эмульсия роторға төменнен беріледі. Ротордың ауналуының жоғарылауы оның қарқынды айналуына әкеледі және ортадан тепкіш күштің әсерінен қабаттарға бөлінеді. Мұндай сұйықтық үлкен тығыздыққа (ауыр) ие болатын барабанның шет-шеттеріне жылжиды, ал тығыздығы аз сұйықтық (жеңіл) орталық аумағында болады. Центрифуганың жоғары бөлігінде екі қабылдағыш бар, сол арқылы ауыр және жеңіл фракция шығарылып қоспа бөлінеді. Экстракциялық қондырғының қолданылуы үздіксіз жұмыс істейді. Бір ғана араластырғыш және бір сепаратордан тұрады, демек бір сатылы экстракциялауда көбінесе затты бөліп алу дәрежесі толығымен қамтамасыз етілмейді. Антибиотиктің жоғалуын азайту үшін қолданылған ерітіндіден көп сатылы экстракциямен іске асырылады. Бұл жағдайда экстракция көп сатылы ортадан тепкіш экстрактор – сепараторда жүргізіледі, бұл кезде бір уақытта сұйықтықты араластыру, сондай-ақ, сепарирлеу жүргізіледі.
ТМД –да экстракция құйылып тұратын экстрактор-сепаратор кеңінен қолданылады. Барабан-экстратордың негізгі бөлігі екі камерадан тұрады. Әрбір камера араластырғыш элементтен тұрады (тұмсық, ижекторда экстрракция процесі осының арқасында алмастыруды интенсифирлейді) және сепарилеуші элемент (саңылауы бар табақша жұқа қабатты сепарацияны қамтамасыз етеді).
Ауыр және жеңіл сұйықтық екі сатының арасында қарама-қарсы жылжиды. Барабанда одан да автоматты шығаруға арналған қондырғысы бар, сепаратордың жұмыс істеуін тоқтатпай экстракция процесінде тұнбаны сумен жуады. Экстрактор – сепаратордың өнімділігі 10000 л/сағ.
Дифференциалды-контактлі экстракторлар экстрактордың басқа класына жатады. Экстрактор-сепаратордан айырмашылығы бұл экстрактор роторында арнайы араластырғыш және бөлуге арналған табақша жоқ антибиотиктің бір фазадан екінші фазаға ауысуы бұл экстракторда сатылап емес, үздіксіз сұйықтық қарама-қарсы жылжумен орындалады. Ортадан тепкіш күштің әсерінен ротордың айналуынан ауыр сұйықтық қарама-қарсы жылжиды, ал жеңілі айналу осінің шет-шетіне жылжиды. Цилиндрдің саңылауынан экстрагент өтеді, экстрагент майда тамшыға бөлшектенеді және экстракция процесі жүреді, сақина мен цилиндрдің арасында ені 4-8 мм сепарирленген тамшылы тұтас қабат пайда болады. Мұндай қарама-қарсы көп рет араласатын және бөлетін дифференциалды-контактлі экстрактор жоғары жылдамдықта жүретін экстракцияны қолдайды. Оның өнімділігі сағатына бірнеше ондаған куб метрде айналады. Көп сатылы дифференциалды контрактілі-экстракторлар антибиотиктің концентрлену дәрежесін жоғарылатады және тазалығы жоғары экстракт алуға мүмкіндік жасайды.
Культуралды сұйықтықтан экстракция әдісімен бөліп алынған дайын өнім реэкстракцияға түседі, демек оны оргыникалық ерітіндіден суға ауыстырады. Одан әрмен қарай антибиотикті концентрлейді, оны тазартады және оны бөліп алу химиялық әдіспен іске асырылады.