Лекции 17,18 Конечные стадии биотехнологических производств 1 2 Выделение инактивированной биомассы Микробиологические концентраты представляют собой высушенные до определенной влажности (обычно 810 %) культуральные жидкости. Основные технологические операции при получении концентратов – упаривание (до 2426 %) и сушка. 2 Формы связи влаги с 2 материалом : физико-механически связанная вода (вода, находящаяся в порах и капиллярах материала); физико-химически связанная вода – адсорбционно связанная влага; химически связанная влага – вода, которая может быть удалена из материала только при химическом воздействии или при интенсивной тепловой обработке. Остаточная влага 1-3 % в сухих биопрепаратах обеспечивает стабильность их структуры. 3 2 Классификация сушилок 4 2 Виды сушки (по способу подвода тепла): Конвективная – путем непосредственного соприкосновения высушиваемого материала с сушильным агентом. Контактная – путем передачи тепла от теплоносителя к материалу через разделяющую их стенку. Специальная радиационная – путем передачи тепла инфракрасными лучами; диэлектрическая – путем нагревания в поле токов высокой частоты; сублимационная сушка в замороженном состоянии при глубоком вакууме). 5 2 Контактное высушивание 6 2 Контактное высушивание 7 Конвективный метод сушки 20-60 мкм 100-500 об/мин 90 °С 300-350 °С 2 8 2 Конвективный метод сушки 9 2 Конвективный метод сушки 10 2 Модификации «кипящего слоя»: механические побудители, инертная насадка, вибрационные колебания 11 Выделение жизнеспособных микроорганизмов 3 Анабиоз - способность микроорганизмов при обезвоживании прекращать заметную жизнедеятельность на длительное время и возобновлять ее при последующем обводнении. Сублимационная (лиофильная, молекулярная) сушка – это сушка материалов в замороженном состоянии под вакуумом, в результате которой находящаяся в материале влага переходит в пар, минуя жидкое состояние, т.е. сублимирует . Технология открыта в 1929 г. советским ученым Лаппой-Старженецким 12 3 Технология сушки 4,58 мм.рт.ст. 1,0 мм.рт.ст. 0,1 мм.рт.ст. 0,001 мм.рт.ст. 0,0098 °С -17,5 °С -39,3 °С -57,6 °С Преимущества: остаточное содержание влаги в продукте 1-3 %; возможность сушки в емкостях (флаконы, ампулы) под вакуумом снижает окислительную денатурацию продукта; масса удаленной влаги легко определяется по снижению веса продукта. 13 Этапы 3 сублимационной сушки: подготовка материала, замораживание, первичное высушивание (сублимация в вакууме), вторичное высушивание (вакуумная десорбция), упаковки высушенного продукта 14 3 Подготовка биомассы Добавки в концентрированную суспензию микроорганизмов в определенном количестве защитной среды («криопротекторов»), которая предохраняет клетки от гибели при замораживании и последующем высушивании. Защитные среды: используют коллоидные и гидрофильные вещества (белки, аминокислоты, углеводы, например, лактоза, сахароза, манитолл, сорбитол, декстран, поливинилпирролидон и др.), которые замедляют внутриклеточное образование льда, уменьшают концентрирование электролитов защищают клетки от глубокого необратимого обезвоживания 15 3 Замораживание – это отвод тепла из продукта за счет теплоты испарения с понижением температуры ниже точки замерзания и образования кристаллов льда Факторы, определяющие выживаемость микроорганизмов: Температура (давление 0,1-1,0 мм.рт.ст.) Эвтектическая температура – наибольшая температура, при которой происходит кристаллизация высушиваемого материала (полное отсутствие свободной влаги) (от -25 до -70 °С ). Скорость замораживания (оптимальная 1 мм/мин) 16 Способы замораживания биомассы 3 контактное замораживание на охлажденных полках, конвективное замораживание охлажденным газом, комбинированное замораживание (контакт и вентиляция), кондуктивное замораживание погружением в охлажденную ванну. Выбор способа замораживания определяется свойствами микроорганизмов, подвергаемых сублимационной сушке. 17 Первичное высушивание (сублимация) 3 Сублимация – удаление связанной влаги путем перехода влаги, находящейся в материале в виде льда, в пар, минуя жидкое состояние. Остаточное содержание влаги в продукте 7-10 %. 18 Вторичное высушивание 3 (десорбция) удаление части влаги, которая не замерзает даже при очень низких температурах (адсорбированной влаги). Остаточное содержание влаги в продукте 2-3 %. 19 Установки для сублимационной сушки периодического действия 3 20 Установки для сублимационной сушки непрерывного действия 3 21 Тема следующей лекции: Выделение продуктов биосинтеза из культуральной жидкости Экстракция, адсорбция, ионный обмен 22