Ультрафильтрация

Мембранные способы концентрирования белков

Движущая сила процесса – градиент гидростатического давления (создается насосами)

Преимущества:

u Дешевизна

u Отсутствие тепловой инактивации

u Одновременно с концентрированием идет очистка от НМС и некоторых ВМС

Главный элемент аппарата: МЕМБРАНА

Требования к мембране:

u Высокая проницаемость

u Высокая селективность

u Механическая прочность

u Химическая стойкость

u Не должна адсорбировать продукт

u Не должна менять технические характеристики продукта

u Минимальная стоимость

Материалы мембраны:

u Целлофан

u Каучук

u Полиэтилен

u Полистирол

u Полифенолы

u Производные целлюлозы

u Пористое стекло

Мембраны бывают:

u Изотропные (однослойные)

u Анизотропные (двухслойные)

Первый слой – селективность

Второй слой - прочность

Мембраны из полых волокон
(материалы те же)

Срок службы мембраны

От нескольких месяцев до нескольких лет. Часто срок зависит от

дренажной подложки

Материалы дренажной подложки

u Вспененный полиэтилен

u Пористая нержавеющая сталь

u Капроновые сетки (0,2мм; 0,1х0,1мм)

Технические характеристики мембраны

u Водопроницаемость

G = V / F * T м куб. / м кв.*час

u Селективность

R = 100 * (1 – C фильтрата /С исх.р-ра)

u рН - в районе ИЭТ фермента

u Температура «+» влияет на ультрафильтрацию но «–» на активность фермента

Концентрационная поляризация

Появляется при достижении концентрации белка 0,4 г/л на поверхности мембраны образуется гелеобразный слой и при дальнейшем росте Ргидростат. Скорость фильтрации снижается.

Способы устранения
концентрационной поляризации

u Создание турбулентности за счет увеличения скорости потока над мембранами

u Центрифугование и фильтрование раствора фермента

u Применение стерилизующей фильтрации

u Диафильтрация – промывка р-ра фермента водой идет со скоростью, с которой она уходит из фильтра

Состав ультрафильтрационной установки

u Ультрафильтрационный аппарат

u Насосы

u Емкости сбора фильтрата и концентрата

u Емкость для исходного раствора

u Теплообменники для охлаждения

Типы ультрафильтрафильтрационных аппаратов

u Фильтр – прессы с плоскими фильтрующими элементами

u Аппараты с трубчатыми фильтрующими элементами

u Аппараты рулонного типа

u Аппарат с полыми волокнами (наиболее производительные)

Фильтр – пресс (200 кв.м/куб.м)

Трубчатые фильтрующие элементы (100 кв.м/куб.м)

Аппарат рулонного типа До 800 кв.м/куб.м

Аппарат с полыми волокнами

В отличие от вакуум-выпаривания и других методов концентрирования ультрафильтрация или обратный осмос ( фильтрование через фильтры со сверхмалым размером пор ) имеет ряд очевидных преимуществ, поскольку проводится в "мягких" условиях, обеспечивающих меньший процент снижения активности фермента. Кроме того, осуществляемое кон­цен­трирование сопровождается очисткой от балластных низкомоле­ку­ляр­ных примесей и увеличением активности фермента в 100-150 раз. Одна­ко энергозатраты оказываются рентабельными при концентрировании раств­о­ра до содержания сухих веществ не более 30%,что связано с забиванием пор мембраны белковыми молекулами и как следствие резким снижением скорости процесса.

Процесс ультрафильтрации в режиме диализа позволяет получать высокоочищенные препараты. Для его осуществления в получаемый кон­цен­трат постоянно добавляют чистую воду. Такая пятикратная промывка позволяет в 250-300 раз повысить активность ферментного раствора, т.е. при концентрации 30% раствор содержит практически один белковый фер­ментный препарат.

На практике процесс ультрафильтрации проводят в циркуляционных аппа­ратах периодического действия. Перед подачей раствора на стадию ультра­фильтрации из него предварительно удаляют клетки продуцента и для предотвращения развития посторонней микрофлоры на поверхности мембран подвергают стерилизующей фильтрации через специальные бактериальные фильтры. В ходе проведения процесса ультрафильтрации в зависимости от свойств получаемого фермента раствор постоянно охлаждается до темпе­ратуры 4-15° С.

Недостатком метода ультрафильтрации следует считать забивание пор мембраны осадками или адсорбированными молекулами, что приводит к снижению производительности мембранного аппарата во времени. Последнее требует периодического проведения промывки материала мембраны. Для предотвращения забивания пор мембраны осадками или сорбирующимися молекулами циркуляционный насос, используемый в этих установках, должен обеспечить линейную скорость потока жидкости через мембрану около 2-5 м/с. При таких скоростях наблюдается значительное гидравлическое сопротивление. Для его снижения на практике применяют две конструкции мембранных аппаратов: трубчатые мембранные аппараты и проточные с плоскими мембранными элементами, устанавливаемыми парал­лельно основному потоку раствора.

Дата добавления: 2015-07-15