Курс лекций для студентов специальности -48 02 01 «Биотехнология» Минск 2014 034)

59 
– малая энергоемкость; 
– возможность одновременной очистки от низкомолекулярных 
примесей и концентрирования продуктов; 
– исключение применения химических реагентов, что снижает 
стоимость процессов и уменьшает загрязнение сточных вод; 
– универсальность – использование одной и той же установки для 
получения различных препаратов. 
Для промышленного разделения сложных систем наиболее пер-
спективны ультрафильтрация и обратный осмос. 
Движущей силой этих процессов является градиент давлений: 
ультрафильтрацию осуществляют при избыточном давлении 0,2–
0,3 МПа, в установках обратного осмоса давление достигает 0,4–
0,6 МПа. Четкой границы, разделяющей процессы ультрафильтрации 
и обратного осмоса, нет. Считают, что обратноосмотические мембра-
ны способны задерживать частицы размером 5 · 10
–4
мкм, т. е. гидра-
тированные неорганические ионы. Ультрафильтрационные мембраны 
обеспечивают селективное концентрирование частиц размером более 
5 · 10
–3
мкм, т. е. органических молекул и ионов. Это обстоятельство 
и обусловило преимущественное применение ультрафильтрации 
в промышленной микробиологической практике. 
Ультрафильтрационные мембраны изготавливают из различных 
материалов (поливинилиденфторид, полиамид, полиакрилонитрил, 
фторопласт и др.).
Существенный недостаток мембран – невысокая водопроницае-
мость, что в значительной степени связано с явлением «концентраци-
онной поляризации» мембран, сущность которого заключается в фор-
мировании примембранного слоя молекул и ионов, тормозящего 
транспорт через мембрану низкомолекулярных соединений. На прак-
тике пропускная способность мембран составляет обычно 20–
100 дм
3
/(м
2
· ч). 
Этот недостаток можно компенсировать только большой удель-
ной поверхностью мембран в промышленных установках. 
Негативный эффект явления «концентрационной поляризации» 
мембран минимизируют созданием непрерывного турбулизованного 
протока жидкости над мембраной в замкнутом циркуляционном кон-
туре (рис. 6.2). 
Принципиальное отличие ультрафильтрации от обычного филь-
трования – отсутствие гетерогенности. Исходная смесь, а также про-
дукт, прошедший через мембрану (пермеат), и продукт, оставшийся 
над мембраной (концентрат), находятся в жидкой фазе и различаются 

60 
лишь составом, т. е. соотношением количеств компонентов. Образо-
вание осадка на поверхности мембраны недопустимо, так как это рез-
ко ухудшает условия ее работы. 
Рис. 6.2. Принципиальная схема ультрафильтрационной установки
для концентрирования ферментных препаратов:
А, Б, В – ступени концентрирования; 1 – насос; 2 – сборник КЖ; 3 – циркуляционный 
насос; 4 – вентиль; 5 – расходомер; 6 – пять последовательно установленных 
ультрафильтрационных модулей (I, II, III, IV, V); 7 – холодильник;
8 – регулирующий вентиль 
В условиях промышленной эксплуатации ультрафильтрационные 
установки регулярно промывают водой или раствором химических 
агентов (гипохлорита натрия, органических кислот). 
По способу укладки мембран различают установки с плоскими, 
трубчатыми, спиральными мембранными элементами, а также с мем-
бранами в виде полых волокон. Установки с полыми волокнами име-
ют очень большую удельную поверхность фильтрования (до 
20 000 м
2
/м
3
) и, следовательно, высокую производительность. Уль-
трафильтрационный метод незаменим при концентрировании раство-

61 
ров ферментов, которые весьма чувствительны к воздействию повы-
шенных температур. 
В тонких малотоннажных биотехнологических производствах вы-
сокоактивных и дорогостоящих соединений применяют такие совре-
менные методы разделения веществ, как гель-хроматография, аффин-
ная и препаративная жидкостная хроматография, хроматография на 
«молекулярных ситах». 
В технологии получения биопрепаратов на основе жизнеспо-
собных микроорганизмов наиболее ответственной операцией явля-
ется обезвоживание биомассы, в результате которого клетки резко 
замедляют жизнедеятельность на длительное время, но сохраняют 
жизнеспособность. Для обезвоживания живых микроорганизмов 
(а также концентрата высокоактивных термолабильных метаболи-
тов) наиболее пригодна сублимационная сушка, т. е. высушивание 
материала из замороженного состояния при температуре не выше 
28
С без оттаивания при глубоком разрежении (влага переходит из 
твердого состояния в газообразное, минуя стадию жидкой фазы). 
Сублимационной сушке подвергают концентрат суспензии микро-
организмов, в который предварительно вводят криозащитные веще-
ства, например, глицерин, мелассу, раствор глюкозы. Криопротек-
торы предотвращают механическое повреждение клеточных струк-
тур кристаллами льда и концентрирование внутриклеточных элек-
тролитов, вызывающих денатурацию белка. На выживаемость кле-
ток большое влияние оказывают скорость замораживания и оста-
точная влажность препарата, которые уточняют для данного объек-
та экспериментальным путем. 
Сублимационная сушка – энергоемкий и дорогостоящий процесс, 
но в производстве ряда биопрепаратов (прежде всего для медицин-
ских целей) она незаменима. 
В крупнотоннажных производствах сушку концентрированных 
суспензий микроорганизмов производят в высокопроизводительных 
распылительных сушилках при прямом контакте диспергированной 
до капелек суспензии с горячим воздухом или топочными газами от 
сжигания природного газа. Температура сушильного агента на входе 
в сушилку колеблется в пределах 120–350
С в зависимости от термо-
устойчивости продукта. Короткое время сушки (5–25 с) и низкая тем-
пература высушиваемого продукта (не более 45
С) позволяют избе-
жать существенных потерь биологически активных веществ и исполь-
зовать метод для сушки термолабильных продуктов, в том числе фер-
ментных препаратов. 

62 

жүктеу/скачать 1,87 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: