scan0082 3

102

Wśród metod filtracji dynamicznej wyróżnić można dwie główne grupy: filtrację dynamiczny z przepływem krzyżowym oraz mechaniczny filtrację dynamiczną.

W przypadku filtracji z przepływem krzyżowym zawiesina przepływa stycznie do przegrody filtracyjnej. W mechanicznej filtracji dynamicznej wykorzystuje się bądź szybkoobrotowe mieszadła poruszające się tuż nad powierzchnią przegrody, bądź wirujące przegrody mechaniczne. Ta technika pozwala na uzyskiwanie większych natężeń filtracji niż filtracja z przepływem krzyżowym. Filtracja dynamiczna jest coraz powszechniej stosowana do zagęszczania zawiesin bądź do wstępnej klaryfikacji płynów. Możliwe jest zagęszczanie tą metodą zawiesin bakterii, przy zastosowaniu odpowiednich aparatów.

9.1.3. Wirowanie

Zastosowanie siły odśrodkowej umożliwia zwiększenie efektu separacyjnego, nawet przy nieznacznych różnicach gęstości między cząstkami stałymi i cieczą. Wirowanie jest skuteczną metodą oddzielania drobnoustrojów od płynu pohodowlanego, jednakże nie we wszystkich technologiach jest ona uzasadniona ekonomicznie.

Stosowane w są zarówno wirówki sedymentacyjne, jak i filtracyjne. Wirówki sedymentacyjne służą często jako separatory do otrzymywania zagęszczonej zawiesiny biomasy. Wirówki filtracyjne stosowane są do końcowego wydzielania biomasy oraz różnego typu stałych produktów biosyntezy.

9.2. Dezintegracja ścian komórkowych

Istnieje wiele metabolitów, często produkowanych na małą skalę, które nic są wydzielane do płynu hodowlanego bądź wydzielane jedynie w nieznacznych ilościach. W technologiach takich produktów występuje etap dezintegracji komórek, którego celem jest wydzielenia do roztworu zawartości komórki, i Stosunkowo łatwo przeprowadzić dezintegrację komórek zwierzęcych, które są mało odporne na naprężenia mechaniczne. Stosowane są meciianicznc metody dezintegracji z wykorzystaniem homogenizatorów lub młynków. W skali laboratoryjnej stosowane są także inne metody, jak np. mielenie zamrożonych komórek lub eznymatyczny rozkład ścian komórkowych.

Drobnoustroje są bardziej odporne od komórek zwierzęcych, mają ponadto mniejsze rozmiary, co utnidnia stosowanie niektórych klasycznych metod rozdrabniania. Metody dezitegracji komórek drobnoustrojów można podzielić na dwie główne grupy (rys. 9.1): mechaniczne i niemechaniczne. W grupie metod mechanicznych można wyróżnić te, w których dezintegracja następuje _w wyniku sił działających w roztworze (dezintegracja ultradźwiękowa, ekspansja ciśnieniowa, mieszanie) oraz te, w których niszczenie ścian następuje w wyniku działania sił w fazie stałej (mielenie). Wśród metod niemechanicz-nych można wyróżnić metody polegające na odwadnianiu komórek oraz metody prowadzące do lizy komórek.

DEZINTEGRACJA KOMOREK

Metody mechaniczne

X X

W fazie ciekłej    W fazie stałej

*

Metody nicmechaniczne

X X

-Ultradźwięki -Ciśnienie

-Mieszanie

'

Rozcieranie

Odwadnianie

-    Suszenie powietrzem

-    Suszenie próżniowe

-Rozpuszczalniki

Liza

-    Fizyczna

-    Chemiczna

-    Enzymatyczna ^L Biologiczna

Rys. 9.1. Klasyfikacja metod dezintegracji komórek

W skali przemysłowej wykorzystuje się dwie metody dezintegracji komórek: metodę ciśnieniową i mielenie w młynach kulowych.

W homogenizatorach ciśnieniowych rozpad komórek następuje podczas ekspansji zawiesiny komórek przy wypływie przez dyszę pod wysokim ciśnieniem (ok. 60 MPa, a w niektórych rozwiązaniach do 120 MPa). Zawiesina jest wstępnie schładzana do temperatury 4-5°C. W trakcie procesu następuje przyrost temperatury o ok. 2,2-2,4°C na każde 10 MPa. Płyn po rozprężeniu również jest schładzany. Całkowite odzyskanie substancji wewnątrzkomórkowych wymaga kilkukrotnego powtórzenia zabiegu. W wyniku procesu uzyskuje się wiele fragmentów komórek, które są trudne do usunięcia zarówno przez wirowanie, z uwagi na małe rozmiary tych cząstek, jak i przez filtrację, z uwagi na żelujące własności homogenizatu. Występujące podczas procesu siły mechaniczne mogą powodować częściową denaturację białek.

Metoda ciśnieniowa stosowana jest do prowadzenia procesu w dużej skali, największe aparaty mają wydajność do 6 m³/h, ale w wielu wypadkach nie jest to metoda najbardziej efektywna.

Młyny kulowe stosowane do niszczenia ścian komórkowych są podobne do używanych w technologiach barwników. Zbudowane są z poziomych bębnów z wypełnieniem kulkami szklanymi o średnicy 0,3-0,4 mm. Sprawność zależy od stężenia biomasy. Optymalne stężenia wynoszą od 30% do 60% masowych w odniesieniu do wilgotnej biomasy.