ЛК_17_18_Сушка

Лекции 17,18
Конечные стадии
биотехнологических
производств
1
2
Выделение
инактивированной биомассы
Микробиологические концентраты
представляют собой высушенные до
определенной влажности (обычно 810 %) культуральные жидкости.
Основные технологические
операции при получении
концентратов – упаривание (до 2426 %) и сушка.
2
Формы связи влаги с
2 материалом :



физико-механически связанная вода (вода,
находящаяся в порах и капиллярах материала);
физико-химически связанная вода –
адсорбционно связанная влага;
химически связанная влага – вода, которая
может быть удалена из материала только при
химическом воздействии или при интенсивной
тепловой обработке.
Остаточная влага 1-3 % в сухих биопрепаратах
обеспечивает стабильность их структуры.
3
2 Классификация сушилок
4
2
Виды сушки
(по способу подвода тепла):






Конвективная – путем непосредственного
соприкосновения высушиваемого материала с
сушильным агентом.
Контактная – путем передачи тепла от
теплоносителя к материалу через
разделяющую их стенку.
Специальная
радиационная – путем передачи тепла инфракрасными
лучами;
диэлектрическая – путем нагревания в поле токов
высокой частоты;
сублимационная сушка в замороженном состоянии при
глубоком вакууме).
5
2 Контактное высушивание
6
2
Контактное высушивание
7
Конвективный
метод сушки
20-60 мкм
100-500 об/мин
90 °С
300-350 °С
2
8
2
Конвективный метод
сушки
9
2
Конвективный
метод сушки
10
2
Модификации «кипящего слоя»:
механические побудители, инертная
насадка, вибрационные колебания
11
Выделение жизнеспособных
микроорганизмов
3



Анабиоз - способность микроорганизмов при
обезвоживании прекращать заметную
жизнедеятельность на длительное время и
возобновлять ее при последующем обводнении.
Сублимационная (лиофильная, молекулярная)
сушка – это сушка материалов в замороженном
состоянии под вакуумом, в результате которой
находящаяся в материале влага переходит в
пар, минуя жидкое состояние, т.е. сублимирует .
Технология открыта в 1929 г. советским ученым
Лаппой-Старженецким
12
3
Технология сушки




4,58 мм.рт.ст.
1,0 мм.рт.ст.
0,1 мм.рт.ст.
0,001 мм.рт.ст.
0,0098 °С
-17,5 °С
-39,3 °С
-57,6 °С
Преимущества:



остаточное содержание
влаги в продукте 1-3 %;
возможность сушки в
емкостях (флаконы, ампулы)
под вакуумом снижает
окислительную денатурацию
продукта;
масса удаленной влаги легко
определяется по снижению
веса продукта.
13
Этапы
3
сублимационной сушки:





подготовка
материала,
замораживание,
первичное
высушивание
(сублимация в
вакууме),
вторичное
высушивание
(вакуумная
десорбция),
упаковки
высушенного
продукта
14
3
Подготовка биомассы





Добавки в концентрированную суспензию
микроорганизмов в определенном количестве
защитной среды («криопротекторов»), которая
предохраняет клетки от гибели при
замораживании и последующем высушивании.
Защитные среды: используют коллоидные и
гидрофильные вещества (белки, аминокислоты,
углеводы, например, лактоза, сахароза,
манитолл, сорбитол, декстран,
поливинилпирролидон и др.), которые
замедляют внутриклеточное образование льда,
уменьшают концентрирование электролитов
защищают клетки от глубокого необратимого
обезвоживания
15
3
Замораживание – это отвод тепла из
продукта за счет теплоты испарения с
понижением температуры ниже точки
замерзания и образования кристаллов льда


Факторы, определяющие выживаемость
микроорганизмов:
Температура (давление 0,1-1,0 мм.рт.ст.)
Эвтектическая температура – наибольшая
температура, при которой происходит
кристаллизация высушиваемого материала
(полное отсутствие свободной влаги)
(от -25 до -70 °С ).
Скорость замораживания (оптимальная 1
мм/мин)
16
Способы замораживания
биомассы
3




контактное замораживание на охлажденных
полках,
конвективное замораживание охлажденным
газом,
комбинированное замораживание (контакт и
вентиляция),
кондуктивное замораживание погружением в
охлажденную ванну.
Выбор способа замораживания определяется
свойствами микроорганизмов, подвергаемых
сублимационной сушке.
17
Первичное высушивание
(сублимация)
3


Сублимация – удаление связанной
влаги путем перехода влаги,
находящейся в материале в виде
льда, в пар, минуя жидкое
состояние.
Остаточное содержание влаги в
продукте 7-10 %.
18
Вторичное
высушивание
3
(десорбция)


удаление части влаги, которая не
замерзает даже при очень низких
температурах (адсорбированной
влаги).
Остаточное содержание влаги в
продукте 2-3 %.
19
Установки для
сублимационной
сушки периодического
действия
3
20
Установки для
сублимационной
сушки непрерывного
действия
3
21
Тема следующей лекции:


Выделение продуктов биосинтеза из
культуральной жидкости
Экстракция, адсорбция, ионный
обмен
22