scan0083 3

104

W skali laboratoryjnej i półtcchnicznej stosuje się ponadto:

—    dezintegratory wysokoobrotowc, w których niszczenie ścian komórek następuje w wyniku wytworzenia odpowiednio dużych naprężeń ścinających w roztworze,

—    dezintegratory ultradźwiękowe, w których dzięki dostarczeniu energii ultradźwięków uzyskuje się efekt kawitacji płynu, oddziałujący destrukcyjnie na komórki; bardzo ważne jest chłodzenie próbki poddanej dezintegracji, gdyż znaczna część energii przetwarzana jest na ciepło, co może powodować dcnaturację białek,

—    metody enzymatyczne, w których rozkład ścian komórkowych uzyskuje się w wyniku działania enzymów proteolitycznych. Szczególne miejsce zajmują metody autolizy komórkowej. Czynnikami sprzyjającymi autolizie są sole nieorganiczne, środki powierzchniowo czynne i rozpuszczalniki organiczne,

—    zamrażanie i rozmrażanie zawiesiny komórek. Kilkakrotne przeprowadzenie takiej operacji powoduje uwolnienie zawartości komórek,

—    operacje termiczne i suszenie. Szoki termiczne spowodowane gwałtownymi zmianami temperatury mogą prowadzić do dezitegracji komórek. Również suszenie termiczne lub próżniowe powoduje częściową liżę komórek,

—    szok osmotyczny. Zmiana ciśnienia osmotycznego może być skuteczną metodą dezintegracji komórek wrażliwych lub komórek traktowanych preparatami enzymatycznymi,

—    metody chemiczne, polegające na działaniu ługów, kwasów, detergentów, antybiotyków lub rozpuszczalników organicznych,

—    metody biologiczne polegające głównie na działaniu fagów. Mogą być stosowane substancje hamujące syntezę błony komórkowej.

9.3. Zagęszczanie roztworów

9.3.1. Zagęszczanie termiczne

Z uwagi na termiczną wrażliwość wielu produktów biotechnologicznych, zagęszczanie termiczne możliwe jest w aparatach o krótkim czasie kontaktu zagęszczanego roztworu z powierzchnią grzejną lub aparatach próżniowych, w których proces prowadzony jest w niezbyt wysokich temperaturach. Często stosowane są różnego typu aparaty wypame cicnkowarstewkowe, zapewniające efektywne odparowanie wody przy zachowaniu trwałości substancji biologicznych.

Termiczne odparowanie stosuje się do roztworów otrzymanych w wyniku ekstrakcji. Wydzielony rozpuszczalnik jest zawracany do ekstraktom.

Bezpośrednie odparowanie płynu pofermentacyjnego jest stosowane w niektórych technologiach, w których odwodniona pozostałość po fermentacji stanowi gotowy biopreparat o małym stopniu oczyszczenia.

9.3.2. Ekstrakcja

Znaczna część aktywnych substancji biologicznych ulega denaturacji w rozpuszczalnikach organicznych. Z tego względu nie można ich wydzielać z płynu pofermentacyjnego metodą ekstrakcji. Metoda ta jest skuteczna w przypadku zagęszczania substancji trwałych w środowiskach bezwodnych. Ekstrakcja znalazła szerokie zastosowanie w produkcji antybiotyków.

Stosowane są różnego typu aparaty ekstrakcyjne. W przemyśle farmaceutycznym dosyć powszechnie stosowane są ekstraktory odśrodkowe. Umożliwiają one szybką, efektywną ekstrakcję ze środowiska wodnego do rozpuszczalnika organicznego z następującą reekstracją do roztworu wodnego. Taka metoda umożliwia ograniczenie niekorzystnego wpływu środowiska bezwodnego na produkt.

W niektórych procesach fermentacyjnych, np. fermentacji acctonowo-bula-nolowej, ekstrakcja ze środowiska hodowlanego produktów metabolizmu hamujących wzrost drobnoustrojów pozwala na uzyskanie wyższych wydajności procesu. Ekstrakcję przeprowadza się bądź doprowadzając ekstrahent bezpośrednio do fermentora, bądź w wydzielonej kolumnie ekstrakcyjnej z recyrkulacją płynu hodowlanego.

W przypadku enzymów lub innych preparatów białkowych, podlegających denaturacji w środowisku bezwodnym, stosuje się ekstrakcje za pomocą wielofazowych układów wodnych. Jako ekstrahenty stosuje się wodne mieszaniny glikolu polietylenowego i dekstranu.

9.3.3. Ultrafiltracja

Ultrafiltracja jest membranową metodą separacji, stosowaną do rozdzielania i oczyszczania roztworów ciekłych. Siłą napędową procesu jest różnica ciśnień hydrostatycznych panujących po obu stronach membrany. Podczas przepływu roztworu wzdłuż membrany, pod wpływem różnicy ciśnień i dzięki selektywnemu działaniu membrany, jedne składniki roztworu przenikają przez membranę, a inne pozostają w roztworze. W procesie ultrafiltracji, w zależności od stosowanych membran, zatrzymywane są rozpuszczone składniki roztworów właściwych o masie cząsteczkowej od 5000 do 1000000. Stosowane są różnice ciśnień 0,2-1 MPa. Rozpuszczalnik i związki drobnocząsteczkowe przenikają przez membranę.

Obecnie stosuje się membrany o strukturze niesymetrycznej i kompozytowej. Wykonywane są one z pochodnych celulozy, polimerów syntetycznych i spieków ceramicznych. Producenci membran charakteryzują je najczęściej tzw. nominalną rozdzielczością molekularną, określającą masę cząsteczkową substancji, dla której skuteczność filtracji na danej membranie wynosi 90%. Membrany ultrafiltracyjnc mogą być. pod względem swoich własności rozdzielczych, dopasowane do różnych procesów rozdzielania. Z tego względu możliwości zastosowania ultrafiltracji są szczególnie różnorodne.