scan0081 3

100

W tym rozdziale przedstawione są w zarysie podstawowe techniki wydzielania i oczyszczania produktów fermentacji. Główny nacisk położony jest na cechy technologiczne poszczególnych metod. Szczegółowe informacje dotyczące mechanizmów procesów, metod doboru i projektowania urządzeń znaleźć można w monografiach przedmiotu.

9.1. Wydzielanie biomasy mikroorganizmów

We wgłębnych hodowlach drobnoustrojów, podstawowym procesem technologicznym po zakończeniu hodowli jest wydzielenie biomasy z płynu pohodowlanego. W praktyce przemysłowej stosuje się następujące metody rozdzielania:

-    filtrację,

-    fłokulację i sedymentację,

-    wirowanie.

Rozmiary bakterii mieszczą się zwykle w przedziale 0,2-2 pm. Komórki drożdży mają rozmiary dochodzące do 20 pm. Promieniowce oraz grzyby strzępkowe tworzą aglomeraty składające się z nitkowatych komórek o długości do kilkudziesięciu mikrometrów. Gęstość biomasy drobnoustrojów jest nieznacznie większa od gęstości wody.

9.1.1. Flokulacja i sedymentacja

Sedymctacja jest najprostszą techniką stosowaną do rozdzielania zawiesin.

Z uwagi na małe rozmiar)' bakterii oraz bardzo małą różnicę gęstości między"" komórkami a wodą, niezbędna jest wstępna obróbka zawiesiny polegająca na aglomeracji komórek.

Odwracalna flokulacja występuje w wyniku neutralizacji ładunków występujących na powierzchni komórek. Uzyskuje się ją przez dodawanie odpowiednich elektrolitów do roztworu.._Nieodwracąlna flokulacja jest efektem powstawania powiązań.między poszczególnymi komórkami. Flokulacja zależy od wielu czynników: temperatury. pH i siły jonowej roztworu oraz własności komórek i ich stanu fizjologicznego.

Jako czynniki flokulujące stosowane są sole nieorganiczne, hydrokoloidy_ mineralne lub organiczne pojielcktrolity. Niektóre substancje sprzyjające aglomeracji. takie jak białka, polisacharydy.ozy. kwasy nukleinowe, wydzielane są w wyniku częściowej autolizy komórek.

_SJ<utcczność'flokulacji zależy przede wszystkim od wielkości .naprężeń ścinających w roztworze oraz od stanu powierzchni błony komórkowej. W oe-

wnym zakresiejyzrost naprężeń ścinających powoduje zwiększenie szybkości fiokulacji, gdyż sprzyja tworzeniu flokuł. Zbyt duże naprężenia ścinające powodują rozpad aglomeratów. Powierzchnia komórek jest zwykle obdarzona ładunkiem ujemnym, jednakże w wyniku adsorpcji, na powierzchni jonów z roztworu może wykazywać ogólny ładunek dedatni. W rezultacie dobre efekty fiokulacji uzyskuje się dzięki dodawaniu .polielektrolitów o ładunku ujemnym. Stan powierzchni komórek zależy także od rodzaju asymilowanego substratu. W przypadku hodowli na złożonych węglowodanach, na powierzchni komórek występuje warstwa hydrofobowa sprzyjająca fiokulacji w wyniku działania środków powierzchniowo czynnych.

W przypadkach fiokulacji odwracalnej, dobre efekty uzyskuje się przez zastosowanie flotacji do wzbogacenia płynu w drobnoustroje. W procesie tym cząsteczki adsorbowane są na powierzchni pęcherzy gazowych, przepływających przez zawiesinę.

9.1.2. Filtracja biomasy

Metody filtracji wykorzystują separacyjny efekt występujący podczas przepływu zawiesiny przez odpowiednią przegrodę. Z uwagi na mechanizm procesu można wyróżnić:

-    filtrację plackową,

-    filtrację objętościową,

-    filtrację dynamiczną.

Filtracja plackowa polega na zatrzymywaniu cząstek stałych na placku filtracyjnym, wytworzonym na przegrodzie filtracyjnej. W procesach biotechnologicznych używane są zarówno prasy filtracyjne, jak i próżniowe filtry obrotowe i filtry taśmowe. Głównie stosuje się je do wydzielania grzybni i .drożdży, bakterii poddanych fiokulacji oraz krystalicznych metabolitów i prccypilatów. Filtracja plackowa wielu zawiesin biologicznych sprawia duże trudności. Wynikają one z dużej ściśliwości osadów związków biologicznych, małej przepuszczalności osadów, znacznego wzrostu pozornej lepkości zawiesin wraz ze wzrostem ich stężenia oraz małej różnicy gęstości między fazą stałą i ciekłą. Zastosowanie różnego typu pomocy filtracyjnych zmieniających strukturę placka filtracyjnego pozwala w niektórych wypadkach na efektywne prowadzenie filtracji. W wielu wypadkach stosowanie pomocy filtracyjnych nie jest wskazane z przyczyn technologicznych lub ekonomicznych.

-Filtracja objętościowa przebiega podczas przepływu płynu przez przegrodę filtracyjną, najczęściej typu włókninowego. Metoda ta jest powszechnie stosowana do jałowienia powietrza oraz klaryfikacji zawiesin drobnych.

W filtracji dynamicznej nie powstaje placek filtracyjny. Dzięki odpowiedniemu ukształtowaniu przepływu zawiesiny, cząsteczki o odpowiednio dużych rozmiarach nie przechodzą przez przegrodę filtracyjną i pozostają w tzw. gęstwie.