Концентрирование продукта

За отделением продукта следует этап его концентрирования с

помощью основных методов – обратного осмоса, ультрафильтрации и

выпаривания. При методе обратного осмоса концентрируемый раствор

помещается в мешок из полупроницаемой мембраны, снаружи создается

осмотическое давление, превышающее осмотическое давление раствора, в

результате чего растворитель начинает вытекать через мембрану против

градиента концентрации растворенного вещества, обусловливая

дальнейшее концентрирование раствора.

Ультрафильтрация представляет собой способ разделения вещества

(вернее его концентрирование) с помощью мембранных фильтров.

Технология

ультрафильтрации

привлекает

своей

простотой,

относительной экономичностью и щадящим обращением с продуктом,

поскольку осуществляется при умеренно низком внешнем давлении.

Кроме того, в данном методе не требуется изменение рН, ионной силы

раствора или перевода продукта в другую фазу. Поэтому метод

перспективен при концентрировании малостабильных продуктов

(некоторые аминокислоты, антибиотики и ферменты).

Метод выпаривания наиболее древний и обладает существенным

недостатком: для удаления растворителя концентрируемый раствор

следует нагревать, но тем не менее данный способ достаточно широко

используется, особенно в лабораториях. В производственных условиях

чаще применяются вакуумные испарители, обеспечивающие более

щадящий режим концентрирования. Нагревающим агентом обычно

служит водяной пар, хотя используется также обогрев жидким

теплоносителем или электрическими нагревателями.

Выпаривающие аппараты бывают периодического и непрерывного

действия с однократной и многократной циркуляцией кипящего раствора.

С целью достижения равномерного обогрева разрабатываются различного

рода конструктивные усовершенствования систем выпаривания.

Концентрирование методом выпаривания может ограничиваться

стадией получения сиропообразного раствора целевого продукта; такая

процедура называется упариванием и получаемый продукт относится к

категории жидких. Дальнейшее освобождение от влаги, остающейся в

продуктах после обратного осмоса, ультрафильтрации или выпаривания,

достигается путем особой стадии – сушки.

Обезвоживание продукта (сушка)

В биотехнологии применяются различные методы сушки, выбор

которых определяется физико-химическими и биологическими

свойствами обезвоживаемого продукта, в частности от вязкости раствора

или степени сохранности жизнеспособности, если дело имеют с живыми

объектами. Перспективным методом является обезвоживание в

газообразных нагревающих агентах (пар, воздух, углекислый газ,

дымовые газы и т. д.), которые с высокой скоростью подаются в

сушильный аппарат снизу, а частицы обезвоживаемого продукта парят в

этом газовом потоке. Схема такого сушильного аппарата напоминает

газофазный реактор. Преимущество данного способа состоит в

возможности регулировать интенсивность массо-тепло-обмена за счет

изменения продолжительности пребывания препарата в воздушном

потоке, а также возможность организации непрерывного процесса.

Недостатком метода является прилипание продукта к стенкам сушильной

камеры.

Для обезвоживания микробных взвесей применяются так называемые

барабанные сушилки, в которых подогреваемые барабаны вращаются в

сосудах с микробной взвесью. Соприкасаясь со стенками барабана, взвесь

обезвоживается и биомасса присыхает к поверхности барабана. Засохшую

биомассу удаляют специальными ножами.

Особо лабильные материалы сушат в вакуумных сушильных шкафах

при пониженных давлениях и температурах. Довольно широкое

распространение в биотехнологических производствах получили

распылительные сушильные аппараты, в которых обезвоживающиеся

растворы или суспензии превращаются путем пропускания через

форсунки (или вращающиеся диски) в аэрозоль, который подается в

сушильную камеру с нагретым газом (до примерно 110–150⁰С). В таких

сушилках выживаемость бактериальных культур достигает лишь 20–30%,

что явно не удовлетворяет требуемому качеству препаратов.

Наиболее широко используются лиофильные сушки, особенно для

высушивания лабильных белковых препаратов или препаратов

медицинского назначения. Препараты предварительно замораживаются, и

вода испаряется из замороженного состояния при высоком вакууме.