SEPARACIONI PROCESI.pdf
Transcript of SEPARACIONI PROCESI.pdf
SEPARACIONI PROCESI
UVOD
Izdvajanje i prečišćavanje proizvoda podrazumeva faze procesa u kojima se polazeći od profermentisane podloge(nakon fermentacije) dobijaju gotovi proizvodi.Ovi procesi po složenosti i ceni mogu da prevaziđu ostale delove procesa proizvodnje, uključujući i samu fermentaciju.
Za razliku od fermentacije ovi procesi se odvijaju relativno brzo.
Faktori koji utiču na izdvajanje:
1. Osobine proizvodnog mikroorganizma,
2. Sastav hranljive podloge - hemijski definisane;prirodne podloge(nisu potpuno hemijski ispitane) ili kombinacije prirodnih i hemijski definisanih podloga;
3. Mesto gde se proizvod nalazi-(u ćelijama) ili podlozi;
4. Fizičke i hemijske karakteristike
proizvoda;
5. Biosintetske karakteristike radnog
mikroorganizma-mogu da nastanu i
drugi metaboliti koji mogu uticati na
proizvod.
Osnovne operacije i procesi
• Mehanička separacija ćelija iz profermentisane podloge;
• Otvaranje(disrupcija) i homogenizacija ćelija;
• Ekstrakcija
• Preliminarno frakcionisanje proizvoda;
• Finalno frakcionisanje;
• Kristalizacija;
• Isparavanje;
• Sušenje;
• Regeneracija solventa.
Mehaničke separacije
• Taloženje
-najjednostavniji ali i najduži proces
mehaničke separacije-obavlja se pod
dejstvom gravitacione sile;
- Obično se izvodi u običnim sudovima ili
posebno za to konstruisanim
uređajima.
•Separacija(centrifugiranje)
• Taloženje u centrifugalnom polju;
• Uređaji koji se koriste za ovu operaciju su centrifugalni separatori(centrifuge);
- Dekanter centrifuge-za guste suspenzije,
- Centrifuge sa diskom-centrifuge velike efikasnosti(kontinualne i šaržne), centrifugalna snaga do 9000 G.
- Cevne centrifuge-veliki broj obrtaja i centrifugalna snaga(do 62 000 G)kontinualne i šaržne
•Filtracija
• Koriste se filteri različitih konstrukcija i osobina;
• Mogućnost razdvajanja je veoma velika u zavisnosti od primenjenog tipa fitra.
• Sredstva za filtraciju su: sita, tkanine od metala i tekstila, filtracioni uložci od celuloze i drugih materijala,kao i membrane od poliuretana i drugih materijala. Pomoćna sredstva za filtraciju su praškaste materije na primer kiselgur i perlit.
OTVARANJE ĆELIJA
Kada je proizvod unutar ćelije
mikroorganizma,potreno je ćeliju
razoriti i na taj način učiniti proizvod
dostupnim za druge procese izdvajanja.
Ovi procesi su skupi,pa se danas
genetskim manipulacijama teži da se
ćelijski zid pripremi za lakše izdvajanje
proizvoda.
Metode razgradnje ćelijskog zida
• Mehaničke
- Primena visokog pritiska-1000 do 1700 bar-a,u
specijalnim uređajima,p>2500bar-a,oštećenje
enzima,obavezno hlađenje;
- mlevenje-mlevenje smrznute mase ili sveže uz
hlađenje-u koloidnim mlinovima,mlinovima sa
dodatkom abraziva(npr.kvarcni pesak,staklene
kuglice),mlinovi sa kuglama;
- Ultrazvučne vibracije-oko 20000Hz,u
sonikatorima,na principu eksplozije gasnih
mehura,velika mogućnost degradacije enzima.
• Fizičke
- naglo smanjenje pritiska;
- osmotski šok;
- probijanje membrane kristalima leda.
• Hemijske
- deterdženti;
- alkalije;
- organski solventi;
- enzimi(sopstveni-autoliza i dodati
enzimi(npr.lizozim);
- inhibicija sinteze ćelijkog zida(dodatak
npr.penicilina).
EKSTRAKCIJA
• Koriste se uglavnom organski rastvarači;
• Obično se koristi 1 zapremina rastvarača na
10 zapremina podloge;
• Rastvarači:butanol,propanol,butil-
acetat,benzen,petroletar,fenol,piridin,itd.
• Perkolacija-najjednostavniji vid ekstrakcije
čvrsto-tečno;proticanje rastvarača kroz
materijal slobodnom padom
EKSTRAKCIJA• Smeštanje čvrstog materijala između
perforiranih ploča uređaja;
• Ekstrakcija pomoću centrifugalnog
ekstraktora(Podbielniak)npr.kod ekstrakcije
antibiotika
- koristi se za ekstrakciju tečno-tečno;
- ujedno vrši mešanje faza,zakišeljavanje i
odvajanje(separira).
Podbielniak ekstraktor-šema
PRELIMINARNO
FRAKCIONISANJE
1. Odvajanje nukleinskih kiselina
- Dostižu i do 20%,što je mnogo više od
životinjskih ćelija;
- Odvajanje selektivnom precipitacijom
pomoću:streptomicin-sulfata;mangan-
hlorida;protamin-sulfata,nukleaze(enzimi)
PRELIMINARNO
FRAKCIONISANJE
2. Precipitacija proteina
- Isoljavanje proteina u prisustvu organskih soli koje smanjuju njihovu rastvorljivost-jednostavniji način i manje oštećuje proteine;
- Precipitacija organskim solventima na niskoj temperaturi(-5 C),koriste se etanol,metanol,aceton.Dobijaju se produkti veće čistoće jer se solventi lakše odvajaju od proteina.
ZAVRŠNO FRAKCIONISANJE
Glavne metode završnog frakcionisanja u
industrijskim i laboratorijskim uslovima
su:
1. Ultrafiltracija-Reverzna osmoza
2. Hromatografija
Ultrafiltracija
• Podrazumeva kretanje rastvarača kroz
polupropustljivu membranu iz više ka
nižoj koncentraciji uz primenu pritiska
koji je veći od osmotskog;
• Paralelno sa izdvajanjem
rastvarača,vrši se i koncentrisanje i
odvajanje supstanci različitih
molekulskih masa;
Ultrafiltracija• Koriste se posebne membrane-polimeri na
bazi celuloznog acetata ili nitrata.Membrane
mogu da budu:
- simetrične(na preseku su homogene
građe)debljine do 0,1mm,
- asimetriče(nehomogeno građene po
preseku),bolje od predhodnih,debljine 0,05
do 0,5mm.Proizvode se da mogu da
razdvajaju supstance sa molskom tež.od 500
do 300000.
Ultrafiltracija
• Primenjuje se kod dobijanja
enzima,seruma,proteina,toksina;u
prehrambenoj industriji(koncentrisanje
voćnih sokova);desalinizaciji morske
vode;obradi otpadnih voda.
HROMATOGRAFIJA
Zasniva se na selektivnom vezivanju
supstanci iz rastvora na nosačima(čestice
ili tečnosti) pri prolasku rastvora kroz
kolonu napunjenu hromatografskim
medijumom.
Hromatografske metode
Adsorbciona particiona gel filtracija
“size exclusion”
Afinitivna jonoizmenjivačka
Kompeticija
između
mobilne faze i
stacionarne
faze
(čvrstog
adsorbenta)
Kompeticija
između tečne
mobilne faze
i “tečne”
stacionarne
faze
Po principu
molekulskog
prosejavanja
Po
principu
“brava” i
ključ”
Kompeticija
između tečne
mobilne faze i
jonske
stacionarne
faze koja je
suprotno
naelektrisana
Afinitivna(afina) hromatografija
• Izdvajanje je selektivno i u jednom stupnju;
• Koristi razlike u biološkim i funkionalnim
karakteristikama molekula;
• Prisustvo drugih molekula ne utiče na
izdvajanje željenog proizvoda;
• Kao nosači se koriste:agaroza,porozno
staklo,silikati,poliakrilamid,derivati
celuloze,itd.
Osnovni princip
afinitivne
hromatografije
Afinitivna(afina) hromatografija
• Vezani molekuli se odvajaju od nosača na
primer promenom solventa ili promenom
pH.Proces odvajanja naziva se elucija;
• Ova tehnika je našla primenu pri
izolaciji:enzima,nukleinskih
kiselina,vitamina,imunoloških
preparata,vakcina,itd.