WYDZIELANIE I ZAGESZCZANIE PRODUKTOW FERMENTACJI
W zależności od char metabolitu i jego lokalizacji w stosunku do kom operacja jego wydzielania może przebiegac różnorodnie. W technologii bioproduktow egzogennych wydzielanie z pożywki jest proste i ma etapy:
1) wydzielanie Komorek drobnoustrojow z pożywki i wyznaczanie uzyskanej biomasy na pasze lub jej unieszkodliwianie.
2) Ewentualne oczyszczanie (wydzielanie określonego metabolitu)
3) Zagęszczanie cieczy pohodowlanej i jej suszenie najczesciej metodami zapewniającymi zachowanie właściwości biologicznych materialu (wytracanie, ultarfilracja, zageszcanie termiczno próżniowe). W technologii bioproduktow endogennych zlokalizowanych wew kom stosowane sa następujące etapy:
1) Wydzielanie kom drobnoustojow (wirowanie filtracja ekstrakcja)
2)dezintegracja kom
3) Rozdzielanie bioproduktow znajdujących się w roztworze( ekstrakcja, koncentracja, destylacja, oczyszczanie).
Zasadniczym wymogiem w stosunku do metod otrzymywania substancji biologicznie czynnych jest konieczne zachowanie ich aktywności biologicznej i zapewnienie odpowiedniej wydajności procesu. Najczęściej w metodach wydzielania związków biologicznie czynnych wykorzystuje się ich właściwości fizyko-chem,. Uwarunkowane skladem i budowa, Rozdzielanie metabolitów znajdujących się w roztworze (płynnie pohodowlanym lub frakcji ciekłej uzyskanej z dezintegracji) może odbywać się dzieki wykorzystaniu:
1. różnic w ciężarach molekularnych metabolitów (sita molekularne) ,
2.różnic w ładunku elektrycznym (wymieniacze jonowe, preparatywna elektroforeza),
3. rożnic we właściwościach absorbcyjnych ( preparatywna chromatogr adsorpcyjna, ekstrakcja z fazy stalej)
4.Hydrofilowego lub hydrofobowego char metabolitow (ekstrakcja, wysalanie)
5. Roznic w ciezarach właściwych np. tluszcze-metodami wirówkowymi
6. Roznic temp wrzenia np. kwasy tluszcowe, aminokw.metoda destylacji molekularnej.
Po etapach wydzielania i rozdzielania metabolity sa zwykle poddawane procesom zagęszczania do postaci koncentratu. W takiej formie produkowane sa m.in. enzymy aminokwasy witaminy antybiotyki preparaty bakteryjne i hydrolizaty białkowe. Koncentraty mogą mieć postac cieczy proszkow oraz mieszanin z wypełniaczami. Do metod najczęściej stosowanych przy ich produkcji zalicza się:

1. FRAKCJONOWANIE BIALEK SOLAMI NIEORGANICZNYMI Większość bialek enzymatycznych dobrze rozpuszcza się w wodzie. Decyduje o tym powinowactwo do wody, budowa chemiczna, łatwość tworzenia wiązań, obecność w srod malych stezen soli oraz wartość pH. Bialko można wytracic przez dodanie do roztworu czynnika powodującego odciąganie bipolarnych czast wody od czast bialka, co zmniejsza jego rozp. Można to osiągnąć dod do r-ru bialka wieksza ilość soli nieorg( wysalanie) Jest to proces odwracalny tzn po obniżeniu stez soli np. przez dialize można ponownie rozp wytracone bialko. Do wysalania najczęściej stosuje się siarczan amonowy sodowy lub Mg. Stez soli wymagane do wysolenia danego bialka zalezy od jego właśc. I pH srod. Najłatwiej jest wysolic bialko w jego punkcie izoelektrycznym ponieważ brak ładunków izoelektrycznych sprzyja laczeniu się czast w wieksze agregaty latwo wypadające z r-ru. Osady bialek otrzymywane metoda wysalania zawieraja zawsze pewna ilość uzytej soli. Usuniecie jej umozliwia proces dializy który jest procesem długotrwałym. Prowadzi się w obniżonej temp 0-4 stopnie> Można nieznacznie przyspieszyc utrzymując podczas procesu wysoki gradient stezen.

2. FRAKCJONOWANIE BIALEK ROZPUSZCZALNIKAMI ORG Podczas wytracania enzymow rozp org nastepuje obniżenie stalej dielektrycznej mieszaniny w wyniku czego czast bialka lacza się ze soba tworząc gruboziarniste agregaty wypadające w postaci osadu. Na proces ten wpływają takie czynniki jak pH, temp, sila jonowa, stez bialka w roztworze i stez czynnika wytracajacego. Frakcjonowanie rozp org jest stosowanie rzadziej niż wysalanie ze względu na niebezp denaturacji niektórych enzymow w wodnych r-rach zw org. Najczęściej stosuje się aceton lub etanol. Proces przebiega w obniżonej temp stosuje się temp ujemna dochodzaca do kilkudziesięciu stopni poniżej 0 przy wysokich stez rozp. Odczyn powinien być bliski punktowi izoelektrycznemu.

3. PROCESY FILTRACJI MEMBRANOWEJ Ultrafiltracja, mikrofiltracja i odwrocona osmoza to procesy filtracji membranowej majace szerokie zastosowanie w biotach. Procesy tre polegaja na fiz oddzieleniu czast stalych od filtratow wskutek przejscia przez membrane polprzepuszczalna. Sila motoryczna proc jest roznica ciśnień po obu stronach blony wytworzona za pomoca pompy. Membrany stos do filtracji ocenia się wg następujących kryteriow a) szybkość filtracji b) stopnia oddzielenia skl rozp w wodzie c) czasu eksploatacji. Glowna cecha rozniaca mikrofiltracje ultrafiltracje i odwrocona osmoze jest stos membran o roznej wielkość porow. W procesie ultrafiltracji stos się 2 typy membran:
1) dyfuzyjne- działające na zasadzie dyfuzji
2) sitowe- działające na zasadzie sita molekularnego przepuszczające sust określonej wielkości.
Wymienione membrany wmontowane sa w specjalne urzadzenia bezpośredni polaczone z fermentorem. Ultrafiltracja znalazla szrokie zast przy prod: preparatow białkowych otrzymywanych z mleka i wod sokowych ziemniaka, koncentratow wysokobiałkowych pozbawionych soli min char się niska zaw cukrow, klarownych sokow owocowych, napojow alk( piwo, wino), a także jest wykorzystywana w: odzysku enzymow, sterylizacji ukl biotechn przez usuwanie kom drobnoustr będących źródłem zakazen. Typowym przykładem zast aparatow do ultrafiltracji jest przemysłowe zatężanie serwatki. Odmiana ultrafiltracji jest zast tzw przepływu krzyzowego. System ten opiera się na prowadzeniu strumienia cieczy na powierzchni filtra co powoduje jego stale przemywanie zapewniające duza wydajność przez dłuższy czas. W przypadku klasycznej filtracji ciecz tloczona jest na filtr pod katem 90 st.Na powierzchni filtra wytwarza się warstwa czast, która doprowadza do zablokowania filtra. W systemie przepływu krzyzowego prowadzi się filtrowana ciecz po stycznej do powierzchni filtra. Czas strumienia przechodzi przez membrane jako filtrat podczas gdy glowny strumien wraca nieprzefiltrowany do zbiornika po czym ponownie wtlaczany jest po stycznej do membrany. Na pow filtra nie powstaje warstwa filtracyjna albo powstaje w min stopniu. Odwrotna osmoza jest metoda stos do koncentracji i izolacji roznego typu subst org z r-row o niskim stez. Metoda ta oparta jest na obserwacji ze po zast wyższego cisnienia niż osmotyczne na stez r-r roznych subst nastepuje odwrotny niż przy osmozie przeplyw rozp przez polprzepuszczalana membrane. Inaczej mówiąc technika ta umozliwia usuwanie czystej wody z r-ru przez zast cisnienia przewyższającego cisnienie osmotyczne. Umozliwia to oczyszczanie ścieków oraz zagęszczanie rozc r-row użytecznych dla człowieka zw chem np. enzymow. Aparatura sluz do odwrotnej osmozy skl się z wielu cylindrow o średnicy 5cm, w które wbudowane sa membrany półprzepuszczalne. Cylindry sa zespolone tworzac rodzaj baterii.
Mikrofiltracja - metoda separacji zawiesin przy użyciu membran porowatych. Pory w membranach do mikrofiltracji są względnie duże (0,2-10 μm) więc już przy niewielkim ciśnieniu (0,1-0,3 MPa) przepływ jest duży i wynosi od kilku do kilkunastu m³ x m-2 x h-1. Otwory są na tyle duże, że nie przechodzą przez nie jedynie koloidy, zawiesiny, bakterie i wirusy, a przepuszczane są substancje rozpuszczone jak białka.
Metoda ta znalazła zastosowanie w biotechnologii do wydzielania biomasy oraz sterylizacji np. pożywek i piwa. Stosując metody mikrofiltracji w zależności od potrzeb można prowadzić procesy ciągłe w celu uzyskania biomasy lub metabolitów zewnątrzkomórkowych.Typowe zastosowania tej metody to filtracja sterylna mleka, solanki. Oczyszczanie roztworów z zawiesin, będąca alternatywą dla wytrącania i odwirowania.

4. ELEKTRODIALIZA Elektrodialize Ed zaliczamy do grupy procesow membranowych. Jest to operacja jednostkowa w której dzieki zast półprzepuszczalnych membran nastepuje oddzielenie lub wymiana jonow w r-rach. Jony mogą przenikac przez membrany w przeciwieństwie do subst niejonowych i makromolekul stosuje się 3 typy membran:
1) przepuszczające kationy
2) przepuszczające aniony
3) majace zdolność przepuszczania obu tych rodzajow jonow.
Sila napedowa elektrodializy jest gradient napięciowy wywołujący transport anionow w jednym a kationow w przec kierunku. Nowoczesne instalacje znalazly zast w przemysle dzieki opracowaniu techniki wytwarzania bardzo selektywnych membran kationowych i anionowych. Przemienne umieszczenie membran powoduje ze tworzy się szereg waskich równoległych kanałów przez które obok siebie przedzielone membranami przepływają r-ry: wzbogaconych i zubożonych w jony. Aniony migrujące w strone anody z łatwością pokonuja membrane anionowa opuszczaja r-r zubożony i przechodza do wzbogaconego. Ich dalszy ruch w strone elektrody dodatniej staje się niemożliwy gdyz napotykaja na swojej drodze membrane kationowa. Podobnie jony dodatnie opuszczaja r-r zubożały przez membrane kationowa ale nie mogą wyjść z roztworu wzbogaconego gdyż drogę do katody zamyka im membrana anionowa. Poza strumieniem roztworu wzbogaconego nazywanego też solanką i odsalanego należy zapewnić także przeplyw elektrolitów katodowego i anodowego w których z zetknieciu z elektrodami przebiegają reakcje i elektrodowe charakterystyczne dla elektrolizy. Wydajność elektrodializy wyrażana jest masą usuniętych jonów, zmniejsza się wraz z ich ubytkiem gdyż pogarszają się wtedy warunki przepływu prądu przez warstwę odsalana. Najłatwiej więc i najszybciej jest usunąć tylko część jonów, nadmierne przedłużanie procesu prowadzące do prawie całkowitego ich usunięcia jest najczęściej niecelowe. Elektrodialize powszechnie stosuję się do odsalania wody morskiej a także do otrzymywania z niej soli jadalnej. Stosowana jest również do demineralizacji serwatki, usuwania witamin i soli innych kwasów organicznych z moszczów oraz win, usuwania soli z syropów cukru trzcinowego i odkwaszania soków.

5. FLOTACJA Sluzy do rozdzielania rozp subst org na zasadzie roznicy w ich aktywnosciach pow. Aparaty działające na zasadzie flotacji maja zast do koncentracji kom, przetrwalnikow bakt z zawiesiny wodnej przy uzyciu lub bez zast zw powierzchniowo czynnych. Efekt flotacji uzyskuje się przez tworzenie bardzo dużej powierzchni miedzy fazami gazowa i ciekla w postaci pęcherzyków gazu zawieszonych w plynie. Plyn dookoła pęcherzyków gazu jest wzbogacony w powierzchniowo czynne subst pochadzace z r-ru i migruje z pehcerzykami ku pow gdzie tworzy się piana. Nastepnie piane zbiera się i izoluje z niej porzadany prod. Jako czynnikow flotacyjnych uzywa się najczescie I i II rzedowe aminy, IVrzedowe sole amonowe, kw karboksyl, sole min( NaCl, CaCl₂)

6. METODY I URZADZENIE STOS DO ZAGESZCZANIA PLYNOW HODOWLANYCH Procesy zagęszczania i suszenia polegaja na odparowaniu wodu lub rozp org. Odgrywaja one glowna role w biotechn. Ich przebieg musi zapewnic zachowanie akt biolog preparatow i ekonomiki prod. Metody i urzadzenia stosowane do zagęszczania i suszenia preparatow bioetchn sa różnorodne i zaleza od właśc. Tych preparatow i ich przeznaczenia. O oznaczeniu doboru metod stos do wyparowywania wody w prod biotechn świadczą pierwsze nieudane proby otrzymywania czystej penicyliny.

7. LIOFILIZACJA Zwana jest również suszeniem sublimacyjnym. Rozni się od suszenia zwykłego tym ze odparowanie wody zachodzi ze stanu zamrozenia przy wysokiej prozni (rzedu 0,1-0,5 mm Hg ) tj przy cisnieniu znacznie niższym w porównaniu z prężnością pary wodnej lub lodu. Liofilizator stanowi jakby polaczenie zamrażarki z suszarka prozniowa przy czym cieplo musi być doprowadzane (w celu odparowania wody) w takim tempie aby material nie ulegl rozmrożeniu a całość doprowadzanego ciepla odpowiadala z grubsza utajonemu cieplu parowania. Ogrzewanie może odbywac się za pomoca podczerwieni lub metoda dielektryczna albo przy zastosowaniu prostej metody przewodnictwa (np. polki z przepływem czynnika o zadanej temp) Usuwanie sublimującej pary zachodzi za pomoca pompy próżniowej, parowanie ezektora, metoda kondensacji na bardzi silnie chlodzonych pow plytowych a w urządzeniach lab- nawet metodami chem lub fiz adsorpcji wilgoci. Proces liofilizacji obejmuje 3 zasadnicze etapy
1) zamrozenie produktow
2) sublimacja (suszenie początkowe)- polegajaca na usunieciu calej niezwiązanej wody w prozni w niskiej temp
3) desorpcja koncowa ( suszenie wtorne)- czyli usuniecie wody wiązanej.
Zamrazanie prod można prowadzic w dwojaki sposób
a) zamrażając materialy kosztem intensywnego parowania czesci wody w następstwie ciągłego zwiekszania prozni w sublimatorze przez tzw samozamrazanie.
b) wstępnie zamrażając prod przed liofilizacja w specj komorach pod cisnieniem atmosferycznym.
W przypadku prod niezamrozonych już w 1 etapie liofilizacji nastepuje intensywne odparowanie wilgoci z pow materialu a wiec jego ochłodzenie i zamrozenie. W suszeniu subst wstępnie zamrozonych etap ten jest pomijany. Podczas liofilizacji nastepuje intensywne odbieranie ciepla z produktu, którego kosztem zachodzi proc dehydratacji. Liofilizacja ma zast m.in. do odwadniania czystych szczepow drobnoustrojów, surowic, szczepionek, itp. w celu zapewniania max aktywności biolog preparatow po ponownym ich odwodnieniu(rehydracja) Zalta preparatu liofilizowanego jest prawie idealne zachowanie w nim pierwotnych wl fiz i biol. Wada natomiast stosunkowo wysokie koszty suszenia i porowatość produktu co umozliwia Zach w nim zmian oksydacyjnych.

8. ZAGESZCZANIE PLYNOW NA PREPARATACH WYPARNYCH
1)WYPARKI Jednym ze sposobow zagęszczania jest odparowanie czesci rozpuszczalnika z równoczesnym odparowaniem pozostałych oparow. Odparowanie rozp nastepuje w każdej tem ale jego intensywność jest najwieksza w temp wrzenia. Proces zagęszczania przez odparowywanie jest prowadzony w aparatach wyparnych- wyparkach ktoremozna podzielic na 2 grupy
a) urzadzenia wyparne pracujące pod cisnieniem atmosferycznym
b) wyparki pracujące pod zredukowanym cisnieniem tj wyparne aparaty próżniowe.
W obydwu grupach urządzeń wyparnych zageszczeany plyn utrzymywany jest w stanie wrzenia a temp przebiegu procesu zalezy od panującego w układzie cisnienia. Przez obnizanie cisnienia zmniejsza się temp fiz stanu wrzenia cieczy tj intensywnego parowania calej jej objętości zach po zrównaniu się cisnienia panującego nad ciecza z ciesnieniem nasyconej pary tej cieczy. Stosowanie próżniowych aparatow wyparnych ma na celu przyspieszenie tempa odparowania wody i obniżenie temp koncentracji produktu. Badany ekstrakt przenosi się do specjalnej kolby polaczonej z mechanizmami nadającymi jej ruch obrotowy wysysającymi z niej powietrz razem z oparami rozp. Kolba umieszczona jest na lazni wodnej co pozwala prowadzic proces wyparowania w określonej temp. Zageszczenie w wyparce próżniowej nastepuje stos szybko. 2) SUSZARKI PROZNIOWE sa to komory do których wstawia się badany plyn. W suszarce jednak w mniejszym stopniu niż w wyparce nastepuje stan nasycenia para przestrzeni a od roznicy ciśnień ( prężności) w komorze suszenia i w skraplaczu zalezy szybkość odprowadzania wilgoci z odwadnianego materialu. Suszarki próżniowe umożliwiają prowadzenie procesu suszenia w sposób łagodniejszy, mniej szkodzący właściwościom fizykochemicznym w porównaniu z innymi systemami pracującymi pod normalnym cisnieniem.
3) SUSZARKI ROZPYLOWE Do odparowania wody z dużych V zawiesin uzywa się biotechn tzw suszarek rozpylowych. Suszenie materialu ciekłego odbywa się w nich w stanie daleko posuniętego rozdrobnienia( kropelki o średnicy 0,02 do 0,1 mm) osiągniętego za pomoca dyszy lub czesci szybko wirującej tarczy rozpylowej. Rozpylony material jest porywany przez wir suchego goracago( 120-150 st) powietrza i w ciagu kilku do kilkunastu sek przechodzi do cyklonowych urządzeń separacyjnych gdzie jest zbierany jako proszek o zawartości ok. 3% wilgotności.Mimo wysokiej temp wprowadzonego do wiezy suszarniczej powietrza zawarte w nim cieplo prawie momentalnie zuzywane jest do wyparowania wody z rozpylonej cieczy tak wiec temp materialu suszonego nie przekracza 65-70^o. Ze względów techn i ekonom suszony rozpylowo ciekly material jest uprzednio poddawany zagęszczaniu w wyparce. Wydajność urządzeń do suszenia rozyplowego miesci się w szerokich granicach od paru kg odparowanej wody w ciagu godziny w urządzeniach laboratoryjnych do 500-1000
i wiecej kg na godzine w warunkach przemysłowych.

AKTYWNOSC ENZYMATYCZNA - nie jest definicja uniwersalna, za jedna jednostke aktywnosci enzymatycznej przyjmuje sie taka ilosc enzymu, ktora w warunkach normalnych oznaczenia uwalnia 1 mikro mol produktów lub odpowiednich grup chemicznych w 1cm3 mieszaniny reagujacej w casie 1 minuty. Wyraza sie ja w jednostce "unitach", 1 mikro mol/ cm³* min. Warunnki odpowiednie sa w stałej temperaturze i stałym pH. Bialka enzymatyczne nie moga hamowac ani wplywac na centra aktywne.

---