Методы концентрирования, обезвоживания, модификации и стабилизации продукта. Основные этапы отделения и очистки биотехнологических продуктов

Федеральное агентство по образованию РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Ижевский государственный технический университет

Теплотехнический факультет

Кафедра: Инженерная экология

Контрольная работа

По дисциплине: Основы микробиологии.

На тему: Методы концентрирования,  обезвоживания, модификации и стабилизации продукта.

                                      Выполнили:

                                                              студентки группы 2-26-1з

,

                                                       Принял:

Ижевск, 2008 г.

Введение.

Выделение целевого продукта – завершающая стадия биотехнологического процесса. Эта стадия существенно различается в зависимости от того накапливается продукт  клетке или он выделяется в культуральную жидкость, или же продуктом является сама клеточная масса (рис 1).

Рис 1. Основные этапы отделения и очистки биотехнологических продуктов.

Наиболее сложно выделение продукта накапливающегося в клетках. Для этого клетки необходимо отделить от культурной жидкости, разрушить (дезинтегрировать) и далее целевой продукт очистить от массы компонентов разрушенных клеток. Выделение продукта облегчается, если он высвобождается (экскретируется) продуцентом в культуральную жидкость. Поэтому понятно стремление биотехнологов получить методами генетической инженерии промышленные штаммы микроорганизмов, экскретирующих возможно большее количество продуктов.

Технология выделения и очистки в значительной степени зависит от природы целевого продукта. Так, ферменты (протеазы, целлюлазы и т.д.) выделяют путём осаждения органическими растворителями или сульфатом аммония. Имеется возможность обойтись без их полной очистки, поскольку в народном хозяйстве широко используются смешанные ферментные аппараты, содержание несколько белков, близких по физико-химическим свойствам. В то же время такие ферменты, как эндо- и экзонуклеазы, лигазы, требуют сложной многоэтапной очистки с применением тонких методов препаративного разделения. Некоторые традиционные биотехнологические процессы вообще не включают этапа отделения продукта.

Концентрирование продукта.

Первым этапом на пути к очистке целевого продукта является разделение культуральной жидкости и биомассы – сепарация. За отделением продукта следует его концентрирование. Основные методы концентрирования – обратный осмос, ультрафильтрация, выпаривание.

Если мембрана пропускает воду, задерживая растворённые в ней вещества, то речь идёт об осмосе. Прямой осмос – диффузия веществ через мембрану, разделяющую раствор и растворитель. Как правило, раствор помещают в мешок из полупроницаемого материала, и этот мешок погружают в сосуд с растворителем. Растворитель, поступающий извне, оказывает на мешок давление, называемое осмотическим. Если к раствору приложить внешнее давление, превышающее внешнее осмотическое, то растворитель вытекает через полупроницаемую мембрану против градиента концентрации растворённого вещества, то есть происходит дальнейшее концентрирование раствора. Подобный процесс представляет собой обратный осмос, используемый как метод концентрирования продукта.

Ультрафильтрация – отделение веществ с помощью мембранных фильтров. Некоторые марки фильтров предназначены для отделения лишь сравнительно крупных частиц: иммуноглобулинов, коллоидных агрегатов, вирусов. Мембраны с наиболее мелкими порами задерживают молекулы органических кислот. При умеренном давлении 200 – 400 кПа, приложенном к жидкости, скорость её протока через фильтр достаточно высока для быстрой и эффективной ультрафильтрации. Технология ультрафильтрации подкупает своей простотой, относительной экономичностью и мягким, щадящим обращением с продуктом. Здесь не требуется изменения pH, ионной силы раствора или перевода продукта в другую фазу. Этим объясняется перспективность ультрафильтрации для концентрирования таких малостабильных продуктов, как молочная и глутаминовая кислоты, некоторые антибиотики и ферменты, витамин B₁₂.

Метод выпаривания – наиболее древний и известный еще алхимикам, обладает очевидным недостатком:  для удаления воды или иного растворителя раствор необходмо нагревать. В произодстенных условиях чаще используют вакуум-выпарные аппараты