SEPARACIONI PROCESI

UVOD

Izdvajanje i prečišćavanje proizvoda podrazumeva faze procesa u kojima se polazeći od profermentisane podloge(nakon fermentacije) dobijaju gotovi proizvodi.Ovi procesi po složenosti i ceni mogu da prevaziđu ostale delove procesa proizvodnje, uključujući i samu fermentaciju.

Za razliku od fermentacije ovi procesi se odvijaju relativno brzo.

Faktori koji utiču na izdvajanje:

1. Osobine proizvodnog mikroorganizma,

2. Sastav hranljive podloge - hemijski definisane;prirodne podloge(nisu potpuno hemijski ispitane) ili kombinacije prirodnih i hemijski definisanih podloga;

3. Mesto gde se proizvod nalazi-(u ćelijama) ili podlozi;

4. Fizičke i hemijske karakteristike

proizvoda;

5. Biosintetske karakteristike radnog

mikroorganizma-mogu da nastanu i

drugi metaboliti koji mogu uticati na

proizvod.

Osnovne operacije i procesi

• Mehanička separacija ćelija iz profermentisane podloge;

• Otvaranje(disrupcija) i homogenizacija ćelija;

• Ekstrakcija

• Preliminarno frakcionisanje proizvoda;

• Finalno frakcionisanje;

• Kristalizacija;

• Isparavanje;

• Sušenje;

• Regeneracija solventa.

Mehaničke separacije

• Taloženje

-najjednostavniji ali i najduži proces

mehaničke separacije-obavlja se pod

dejstvom gravitacione sile;

- Obično se izvodi u običnim sudovima ili

posebno za to konstruisanim

uređajima.

•Separacija(centrifugiranje)

• Taloženje u centrifugalnom polju;

• Uređaji koji se koriste za ovu operaciju su centrifugalni separatori(centrifuge);

- Dekanter centrifuge-za guste suspenzije,

- Centrifuge sa diskom-centrifuge velike efikasnosti(kontinualne i šaržne), centrifugalna snaga do 9000 G.

- Cevne centrifuge-veliki broj obrtaja i centrifugalna snaga(do 62 000 G)kontinualne i šaržne

•Filtracija

• Koriste se filteri različitih konstrukcija i osobina;

• Mogućnost razdvajanja je veoma velika u zavisnosti od primenjenog tipa fitra.

• Sredstva za filtraciju su: sita, tkanine od metala i tekstila, filtracioni uložci od celuloze i drugih materijala,kao i membrane od poliuretana i drugih materijala. Pomoćna sredstva za filtraciju su praškaste materije na primer kiselgur i perlit.

OTVARANJE ĆELIJA

Kada je proizvod unutar ćelije

mikroorganizma,potreno je ćeliju

razoriti i na taj način učiniti proizvod

dostupnim za druge procese izdvajanja.

Ovi procesi su skupi,pa se danas

genetskim manipulacijama teži da se

ćelijski zid pripremi za lakše izdvajanje

proizvoda.

Metode razgradnje ćelijskog zida

• Mehaničke

- Primena visokog pritiska-1000 do 1700 bar-a,u

specijalnim uređajima,p>2500bar-a,oštećenje

enzima,obavezno hlađenje;

- mlevenje-mlevenje smrznute mase ili sveže uz

hlađenje-u koloidnim mlinovima,mlinovima sa

dodatkom abraziva(npr.kvarcni pesak,staklene

kuglice),mlinovi sa kuglama;

- Ultrazvučne vibracije-oko 20000Hz,u

sonikatorima,na principu eksplozije gasnih

mehura,velika mogućnost degradacije enzima.

• Fizičke

- naglo smanjenje pritiska;

- osmotski šok;

- probijanje membrane kristalima leda.

• Hemijske

- deterdženti;

- alkalije;

- organski solventi;

- enzimi(sopstveni-autoliza i dodati

enzimi(npr.lizozim);

- inhibicija sinteze ćelijkog zida(dodatak

npr.penicilina).

EKSTRAKCIJA

• Koriste se uglavnom organski rastvarači;

• Obično se koristi 1 zapremina rastvarača na

10 zapremina podloge;

• Rastvarači:butanol,propanol,butil-

acetat,benzen,petroletar,fenol,piridin,itd.

• Perkolacija-najjednostavniji vid ekstrakcije

čvrsto-tečno;proticanje rastvarača kroz

materijal slobodnom padom

EKSTRAKCIJA• Smeštanje čvrstog materijala između

perforiranih ploča uređaja;

• Ekstrakcija pomoću centrifugalnog

ekstraktora(Podbielniak)npr.kod ekstrakcije

antibiotika

- koristi se za ekstrakciju tečno-tečno;

- ujedno vrši mešanje faza,zakišeljavanje i

odvajanje(separira).

Podbielniak ekstraktor-šema

PRELIMINARNO

FRAKCIONISANJE

1. Odvajanje nukleinskih kiselina

- Dostižu i do 20%,što je mnogo više od

životinjskih ćelija;

- Odvajanje selektivnom precipitacijom

pomoću:streptomicin-sulfata;mangan-

hlorida;protamin-sulfata,nukleaze(enzimi)

PRELIMINARNO

FRAKCIONISANJE

2. Precipitacija proteina

- Isoljavanje proteina u prisustvu organskih soli koje smanjuju njihovu rastvorljivost-jednostavniji način i manje oštećuje proteine;

- Precipitacija organskim solventima na niskoj temperaturi(-5 C),koriste se etanol,metanol,aceton.Dobijaju se produkti veće čistoće jer se solventi lakše odvajaju od proteina.

ZAVRŠNO FRAKCIONISANJE

Glavne metode završnog frakcionisanja u

industrijskim i laboratorijskim uslovima

su:

1. Ultrafiltracija-Reverzna osmoza

2. Hromatografija

Ultrafiltracija

• Podrazumeva kretanje rastvarača kroz

polupropustljivu membranu iz više ka

nižoj koncentraciji uz primenu pritiska

koji je veći od osmotskog;

• Paralelno sa izdvajanjem

rastvarača,vrši se i koncentrisanje i

odvajanje supstanci različitih

molekulskih masa;

Ultrafiltracija• Koriste se posebne membrane-polimeri na

bazi celuloznog acetata ili nitrata.Membrane

mogu da budu:

- simetrične(na preseku su homogene

građe)debljine do 0,1mm,

- asimetriče(nehomogeno građene po

preseku),bolje od predhodnih,debljine 0,05

do 0,5mm.Proizvode se da mogu da

razdvajaju supstance sa molskom tež.od 500

do 300000.

Ultrafiltracija

• Primenjuje se kod dobijanja

enzima,seruma,proteina,toksina;u

prehrambenoj industriji(koncentrisanje

voćnih sokova);desalinizaciji morske

vode;obradi otpadnih voda.

HROMATOGRAFIJA

Zasniva se na selektivnom vezivanju

supstanci iz rastvora na nosačima(čestice

ili tečnosti) pri prolasku rastvora kroz

kolonu napunjenu hromatografskim

medijumom.

Hromatografske metode

Adsorbciona particiona gel filtracija

“size exclusion”

Afinitivna jonoizmenjivačka

Kompeticija

između

mobilne faze i

stacionarne

faze

(čvrstog

adsorbenta)

Kompeticija

između tečne

mobilne faze

i “tečne”

stacionarne

faze

Po principu

molekulskog

prosejavanja

Po

principu

“brava” i

ključ”

Kompeticija

između tečne

mobilne faze i

jonske

stacionarne

faze koja je

suprotno

naelektrisana

Afinitivna(afina) hromatografija

• Izdvajanje je selektivno i u jednom stupnju;

• Koristi razlike u biološkim i funkionalnim

karakteristikama molekula;

• Prisustvo drugih molekula ne utiče na

izdvajanje željenog proizvoda;

• Kao nosači se koriste:agaroza,porozno

staklo,silikati,poliakrilamid,derivati

celuloze,itd.

Osnovni princip

afinitivne

hromatografije

Afinitivna(afina) hromatografija

• Vezani molekuli se odvajaju od nosača na

primer promenom solventa ili promenom

pH.Proces odvajanja naziva se elucija;

• Ova tehnika je našla primenu pri

izolaciji:enzima,nukleinskih

kiselina,vitamina,imunoloških

preparata,vakcina,itd.