4.1.Проектування відділення виділення цільового продукту

В результаті біосинтезу отримують культуральну рідину або твердофазну культуру, що включає клитини мікроорганізмів, залишки поживних речовин, різні позаклітинні продукти метаболізму та ін. Вміст біомаси або іншого цільового продукту в культуральній рідині зазвичай не перевищує 3—4% сухої речовини. Концентрування і отримання товарної форми продукту з культуральної рідини або твердофазної культури здійснюють при подальшій переробці.

Продукти мікробного синтезу випускають в трьох основних товарних формах:

- концентрати – зневоднена культуральна рідина, що містить біомасу (кормові концентрати амінокислот, вітамінів, антибіотиків, неочищені ферментні препарати);

- зневоднена мікробна біомаса (хлібопекарські кормові дріжджі, бактерійні добрива і ін.);

- технічні або очищені препарати ферментів, антибіотиків, амінокислот і т.д.

Залежно від товарної форми, яку необхідно отримати, а також від властивостей цільового продукту і культуральної рідини (або твердофазної культури), що переробляється, використовують ті або інші способи концентрації і виділення продуктів мікробіологічного синтезу. Простий спосіб переробки культуральної рідини — обезводнення шляхом випаровування або висушування без виділення цільового продукту в чистому вигляді. Отримуваний концентрат, крім основного продукту, містить біомасу культури – продуцента БАР, залишки поживних речовин і піногасник, інші метаболіти. Такі концентрати застосовують в основному для приготування рідких або сухих кормових препаратів амінокислот, вітамінів і ін. Аналогічним чином отримують неочищені ферментні препарати з твердофазних культур.

Для зневоднення мікробної біомаси і отримання технічних або очищених продуктів біосинтезу використовують різні способи: флотацію, сепарацію, фільтрацію, екстракцію іонний обмін, адсорбцію, кристалізацію, мембранні способи і ін. Як правило, технологія виділення і очищення товарного продукту включає декілька стадій виділення і очищення.

ОТРИМАННЯ КОНЦЕНТРАТІВ

У тих випадкаччіх, коли допускається застосування продукту біосинтезу в неочищеному вигляді (шкіряна, спиртова промисловість, сільське господарство), доцільно випускати цей продукт у вигляді концентрату. Це найбільш простій і дешевий спосіб отримання товарної форми. Технологію приготування мікробних концентратів розглянемо на прикладі кормових концентратів лізину (ККЛ), що випускаються в рідкій і сухій формах. Вміст лізину в цих концентратах складає відповідно 7—10 і 15—20% на суху речовину.

Рідкі ККЛ отримують шляхом випаровування культуральної рідини у вакуум-випарних установках до вмісту сухої речовини 45—50%. Для придушення сторонньої мікрофлори і зниження втрат лізину при термообробці початкову рідину заздалегідь підкисляють до рН 5,5—6,0 і стабілізують шляхом додавання 0,17% бісульфату натрію. Залежно від типу вживаних випарних установок і режиму проведення процесу випаровування втрати лізину складають від 1 до 20%. Якнайкращі результати досягаються при використанні вакуум-випарних установок з падаючою плівкою (наприклад, «Вігант» виробництва Германії).

Сухий ККЛ отримують, висушуючи рідкий концентрат в розпилюючих сушарках. Отриманий препарат володіє високою гігроскопічністю, що приводить до налипання продукту на стінках апаратів і трубопроводів і вимагає його герметичної упаковки. Для зниження гігроскопічності сухого ККЛ упарену рідину перед сушкою змішують з наповнювачами, наприклад з пшеничними висівками. Отримуваний продукт зручніший для використання, оскільки менш гігроскопічний, хоча містить менше лізину.

У кормових концентратах лізину, крім самого лізину (близько 15% на суху речовину), є інші амінокислоти (до 15%), вітаміни групи В (від 10 до 340 мкг/г), бетаін (до 13%), зольні і інші елементи.

Твердофазні культури мікроорганізмів, широко вживані для отримання готових препаратів, або висушують до вологості 10—12% і відправляють у такому вигляді споживачам, культуральної рідині без попереднього відділення біомаси, з водної фази (нативного розчину) після відділення біомаси або з біомаси після розділення фаз або піддають екстракції з подальшим отриманням технічних або очищених препаратів ферментів. Розглянемо коротко технологію отримання сухих твердофазних культур.

Рис. 9. Схема конвейерной сушарки:

1 — вентилятори; 2,3 — фільтри; 4 — воздуховоди; 5 — кондиціонер; б — штуцер для подачи вологої культури; 7 — рихлители; 8 — калорифери; 9 — сушильна камера; 10 — лента конвейера; 11 — конвейер для вивантаження висушеної культури.

Отримана на стадії біосинтезу твердофазная культура має вологість 35—60% і є злиплою біомасою. Перед висушуванням необхідно подрібнити вологу культуру за допомогою дезінтеграторів або дробарок різних типів до гранул розміром 2—3 мм.

Подрібнену культуру негайно висушують в установках стрічкового, тунельного, барабанного або іншого типу. Особливість процесу сушки твердофазних культур полягає в тому, що цільові продукти їх метаболізму термолабільні речовини, тому сушку треба здійснювати в м’яких режимах, індивідуальних для конкретної культури. Як правило, тривалість сушки культури не повинна перевищувати 5 - 8 хв а температура продукту на виході -40—42°С.

Конвейєрна сушарка, вживана у виробництві ферментних препаратів, у виробництві кормових антибіотиків, зображена на мал. 9.1. Це герметизированнаякамера, усередині якої розташований багатоярусний стрічковий конвейєр. Волога культура поступає на верхній ярус конвейєра, проходить послідовно по всіх ярусах, висушується і розвантажується на конвейєр для видалення сухої культури з сушильної установки. Сушильний агент (повітря) подається вентилятором через кондиціонер. Для нагрівання повітря в камері встановлені калорифери. Гідність конвейєрних сушарок —висока продуктивність (3,5—4,0 т/добу) при порівняно невеликих габаритних розмірах. Недолік таких установок полягає в нерівномірному висушуванні частинок культури різного розміру. Найбільш крупні частинки висихають до необхідної вологості (12—15%), а дрібні пересихають, що приводить до інактивації ферментів. Втрати активності ферменту в такій сушарці 10—16%.

Висушену культуру упаковують в крафт-мішки, маркірують і відправляють споживачам.