2.2.6. Обґрунтування способу концентрування біомаси

Для концентрування біомаси на сьогоднішній день застосовуються такі методи:

• фільтрація;

• сепарація;

• флотація;

• центрифугування.

Фільтрування – відділення твердої фази від рідкої шляхом проходження через фільтруючий матеріал або через полімерну сітку з відповідним діаметром отворів [9].

Недоліки процесу фільтрування заключаються в великих втратах біомаси за рахунок проходження частини клітин через пори фільтруючого матеріалу, що засмічується і потребує заміни чи регенерації [9].

Сепарація – процес відділення твердої фази від рідкої, оснований на відділенні часточок з різними характеристиками. Рушійною силу процесу являється відцентрова сила [9].

Ефективність сепарування пропорційна частоті обертів барабану, діаметру барабану, розміру часток, різниці густин твердої та рідкої фаз. Недоліками є підвищена енергоємність процесу [9].

Флотація – виділення з рідких твердих часток або часток іншої рідини за допомогою продування крізь неї газу. Флотація заснована на прилипанні часток, які треба виділити до пухирців газу. Недоліком флотації являються великі втрати біомаси [9].

Центрифугування – процес зневоднення і розділення суспензій на рідку і тверду фази під дією відцентрових сил. Машини для здійснення таких операцій називаються центрифугами, які підрозділяються на фільтруючі, осаджувальні і комбіновані (осаджувально-фільтруючі) [9].

В промислових установках розділення під дією відцентрових сил застосовують для розділення часточок розміром від 0,5мкм до 25 мм. При розділенні суспензії у фільтруючих центрифугах в роторі під дією відцентрових сил відбувається фільтрація рідини через фільтрувальну тканин або через металеву сітку з одночасним затриманням твердої фази; рідка фаза проходить через сито і потім через отвори в роторі викидається в кожух центрифуги, а осад відвантажується або під час обертання ротору, або після його зупинки [9].

Переваги:

• менші втрати біомаси порівняно з фільтруванням та флотацією;

• можливість автоматизувати процес;

• високій фактор розділення;

• розвинена поверхнею осадження;

• високий ступінь розділення високодисперсних систем.

2.2.7. Обґрунтування вибору способу руйнування клітинної стінки

Способами руйнування клітин є: лізис клітин під дією ультразвуку, механічного тиску або кулькового млина, хімічний лізис або ферментний лізис, осмотичний шок і оброблення хелатропними агентами або детергентами. Ці методи здебільшого спричиняють руйнування клітинних мембран, за таких умов плазматичні мембрани і мембрани ендоплазматичного ретикулуму утворюють гомогенну суспензію клітинного дебриса. Осад клітинного дебриса може бути зібраний загалом після центрифугування (ядра, цитоостов, мітохондрії, лізосоми, рибосоми, макромолекули і т. ін.). Його природа залежить, зокрема, від тривалості і швидкості центрифугування (10 хв для 1000 об/хв до 3 год для 150 000 об/хв) [9].

За допомогою механічних методів здійснюється фізичне руйнування клітинної оболонки. При цьому використовують, наприклад, скляні або цирконієві бусинки. До механічних методів можна також віднести раптову декомпресію клітин азотом і руйнування клітин за допомогою сухого льоду. Хоча ці методи ефективні для лізису клітин, їхніми хибами є руйнування геномної ДНК, потреба в спеціалізованому обладнанні та підвищена небезпечність створення аерозолів патогенних мікобактерій; меттод довготривалий і трудомісткий [9].

Доволі простим у виконанні та швидким є метод обробки суспензії клітин ультразвуком [9].

2.2.8. Обґрунтування вибору способу екстракції Екстракція – процес добування однієї або кількох речовин (компонентів) зі складних систем (рідких або твердих) селективним розчинником, який називається екстрагентом [9]. Метою екстракції є розділення сумішей, підвищення концентрації будь-якої речовини, звільнення розчинника від домішок або його заміна тощо. Значною перевагою екстракції порівняно з іншими процесами розділення рідких сумішей є низька робоча температура, зазвичай кімнатна. Для проведення екстракції використовують спеціальні апарати – екстрактори, до яких поміщають вихідну суміш та розчинник (екстрагент) [9].

Екстрагент (розчинник) вибирають залежно від механізму і технологічних особливостей процесу екстрагування. Основними вимогами до екстрагенту є мала розчинність у компоненті – носії вихідної суміші (у первинному розчиннику); селективність, тобто здатність добувати з вихідної суміші або матеріалу тільки один компонент або групу компонентів. Для промислового використання екстрагенту необхідно, щоб він додатково мав: високе значення константи розподілу , що дозволяє знизити витрату розчинника на одиницю маси вихідної суміші (матеріалу); високе значення коефіцієнта дифузії для того, щоб підвищити швидкість процесу і внаслідок цього зменшити розміри екстрактора; низьку температуру замерзання; антикорозійні властивості по відношенню до матеріалу апаратури; незаймистість або вузькі межі температури замерзання; низьку теплоємність, високу леткість, низьку теплоту випаровування (для зниження витрат на регенерацію). У хімічній і фармацевтичній промисловості найчастіше застосовують такі екстрагенти, як вода, етанол, бензол, тетрахлорид вуглецю, хлороформ, трихлоретилен, ацетон, диетиловий ефір, скраплені гази тощо [9].

Для підвищення ефективності екстракції підбирають такі умови її проведення (додавання електролітів або інших добавок, температура, тиск, рівень рН тощо), при яких зменшується вплив побічних реакцій (дисоціації, асоціації тощо). Для інтенсифікації процесу екстракції в умовах хімічного та фармацевтичного виробництва широко застосовують екстрактори, дія яких базується на принципах протитечії та перемішування рідин. При промисловому розділенні екстракцію проводять або у каскаді апаратів типу змішувач-відстійник, або у протитечійних екстракційних колонах. Перевагою змішувача-відстійника є швидке відновлення режиму в каскаді після припинення процесу, простота експлуатації тощо [9].

На сьогоднішній день в патентній та науковій літературі описаний ряд способів вилучення авермектинів з біомаси з використанням органічних розчинників, як тих, що змішуються з водою (нищих спиртів, ацетон), так і тих, що не змішуються з водою (хлористий метилен, хлороформ) [9].

В процесі екстрагування авермектинів використовують 96 %-й етиловий спирт, тому що саме він дає найбільший ступінь виділення авермектинового комплексу та найвищу активність екстрактів у порівнянні з використанням ізопропілового спирту або ацетону. Також встановлено, що при використанні ізопропілового спирту або ацетону в екстракті міститься більше ліпофільних домішок, ніж при використанні 96 %-го етилового спирту. Проведення повторної екстракції з збільшенням часу екстракції до 1,5 год. дозволяє в промислових умовах досягнути практично 100 %-го вилучення авермектинового комплексу [9].