Қазақша рефераттар

Мембранамен қолдану әдістер

Ферментациядан кейінгі дақылды сұйықтықтың құрамы және өнімді бөлу қажеттілігі

Ферментация үдерісі аяқталғаннан кейін дақылды сұйықтықтың құрамында микроағзалар, қоректік ортаның қалдықтары, сондай-ақ еритін және ерімейтін заттар болады. Микроағзалардың өнімдері дақылды сұйықтықта еріген күйде де, микроағзалар жасушаларының ішінде орналасқан метаболиттер түрінде де кездесуі мүмкін. Осы жағдайлардың бәрінде ақырғы өнімді алу үшін микроағзалардың жиынын дақылды сұйықтықтан бөліп шығару қажет.

Негізгі ұғым

Дақылды сұйықтықтар — физика-химиялық қасиеттері ұқсас, бірақ құрамы күрделі қоспалар. Олар еріген минералды тұздардан, көмірсулардан, ақуыздардан және басқа органикалық заттардан бөлек, полидисперстік коллоидтық бөлшектерді де қамтиды.

Мұндай суспензиялардың дисперстік фазасы микроағзалардың мицелийлері мен жасушаларынан, сондай-ақ әртүрлі қатты бөлшектерден тұрады. Дақылды сұйықтықтардағы микроағзалардың мөлшері салыстырмалы түрде төмен: 1 литр ортада шамамен 5–10 г құрғақ биожиын болады.

Биожиынды бөлу тәсілдері

Микроағзалардың жасушалы биожиынын дақылды сұйықтықтан бөліп алудың негізгі тәсілдері төмендегідей:

  • 1

    Механикалық әдістер

    Тұндыру, сүзу, центрифугалау.

  • 2

    Жылутехникалық әдістер

    Кептіру арқылы өңдеу.

Маңызды ескерту

Ақырғы өнімді тек бір әдіспен бөліп алу көп жағдайда қиын. Сондықтан өндірісте бірнеше әдісті біріктіріп қолдану кең таралған.

Сублимациялық кептіру (лиофилизация)

Сублимациялық кептіру — вакуум жағдайында мұздағы суды сублимация арқылы шығарып, алдын ала қатырылған материалды кептіру тәсілі. Жылулық кептірумен салыстырғанда бұл әдіс өнімге «жұмсақ» әсер етеді: қышқылдану үдерістері тежеледі, бастапқы құрылым бұзылмайды, биосинтез өнімдерінің қасиеттері мен құрамы жақсы сақталады.

Кептіру үдерісінің кезеңдері

1-кезең: қысым төмендегенде мұз түзілуі және температураның өздігінен төмендеуі.

2-кезең: мұздың сублимациясы нәтижесінде бос судың кетуі; кептіру бірқалыпты жылдамдықпен жүреді.

3-кезең: байланысқан суды кетіру (қалған 10–15% ылғал). Бұл кезеңде кептіру жылдамдығы төмендейді, ал температура біртіндеп қоршаған орта температурасына дейін көтеріледі.

Өнім ылғалы минимумға (шамамен 2–4%) дейін төмендегенде температураны 30–40 °C деңгейіне көтереді. Вакуумдық ортада оттектің аз болуы өнімнің қышқылдануын одан әрі төмендетуге көмектеседі.

Мембраналық әдістер

Мембрана — жоғары кеуектілікті немесе кеуексіз, жазық не түтікті қоршау. Ол полимерлік немесе бейорганикалық материалдардан жасалып, қоспа мен ерітіндідегі әртүрлі бөлшектерді (иондар, молекулалар, макромолекулалар, коллоидтық бөлшектер) тиімді бөлуге мүмкіндік береді.

Микросүзу

Микросүзу — гидродинамикалық тұрғыдан кәдімгі сүзуге жақын үдеріс. Оның ерекшелігі: тығыз фазаның ұсақ бөлшектерін бөлу үшін тесіктерінің диаметрі 0,1–10 мкм болатын мембраналар қолданылады. Егер тығыз фазада микроағзалар болса, мұндай сүзу зарарсыздандыру сүзуі деп аталады.

Жартылай өткізетін мембрана арқылы өту механизмдері

Елеу теориясы

Мембрана тесіктері еріткішті өткізеді, бірақ ерітілген заттардың молекулалары мен иондарын өткізбейді.

Молекулалық диффузия теориясы

Полимерлі мембранада компоненттердің еру қасиеттері мен диффузия коэффициенттерінің айырмашылығы шешуші рөл атқарады.

Капиллярлық сүзу теориясы

Мембрана бетіне жақын шектік қабат пен көлемдегі сұйықтықтың физика-химиялық қасиеттері әртүрлі болуы мүмкін. Бұл — тәжірибеде жиі қолданылатын түсіндірулердің бірі.

Мембраналардың түрлері және материалдары

Мембраналық аппараттардың негізгі жұмыс элементі — жартылай өткізетін мембраналар. Олар әртүрлі материалдардан жасалады: полимерлерден, шыныдан, керамикадан, жұқа қабатты металдардан және т.б. Жартылай өткізетін мембраналар тесікті және тесіктерсіз болады.

Тесіктерсіз мембраналар (диффузиялық)

Бұл мембраналарда заттардың өтуі молекулалық диффузия арқылы жүреді. Олар қасиеттері ұқсас компоненттерді ажырату үшін қолданылады.

Тесікті мембраналар

Көбіне полимерлік материалдардан дайындалады. Қазіргі кезде ядролық мембраналар (нуклеопоралар) кең тараған.

Ядролық мембраналар (нуклеопоралар)

Бұл мембраналарды жұқа полимер қабыршықтарды альфа-бөлшектер сәулесімен өңдеп, кейін химиялық реагенттермен әсер ету арқылы алады. Негізгі артықшылықтары: тесіктер пішінінің (дөңгелек) тұрақтылығы, қажетті өлшем мен тесік санын дәл реттеу мүмкіндігі, тесіктердің біркелкілігі және химиялық тұрақтылық.

Негізі

Поликарбонат қабыршық

Тесік диаметрі

0,1–8 мкм

Сипаты

Өлшемі біркелкі, реттелетін

Тығыз құрылымды бейорганикалық мембраналар

Полимерлі мембраналармен қатар тығыз құрылымды мембраналар да қолданылады: темірден, шыныдан, керамикадан жасалған түрлері бар. Мұндай мембраналардың тесіктері шамамен 5–0,1 мкм аралығында болады.

Мембрана алудың қосымша тәсілі

Темір ұнтағын жоғары температурада ұнтақты металлургия әдісімен өңдеу арқылы мембрана алу мүмкін.

Қорытынды

Ферментациядан кейінгі дақылды сұйықтық күрделі құрамымен сипатталады, сондықтан ақырғы өнімді алу үшін биожиынды тиімді бөліп шығару қажет. Практикада механикалық бөлу, кептіру (әсіресе сублимациялық кептіру) және мембраналық технологиялар біріктіріліп қолданылып, өнімнің сапасын сақтауға және тазарту тиімділігін арттыруға мүмкіндік береді.