Концентрирование, обезвоживание, модификация и стабилизация продуктов микробиологического синтеза

Концентрирование продукта проводят методами обратного осмоса, ультрафильтрации, выпаривания.

Если мембрана пропускает воду, задерживая растворенные в ней вещест­ва, речь идет об осмосе. Прямой осмос - диффузия вещества через мембрану, разделяющую раствор и растворитель. Раствор помещают в мешок из полупро­ницаемого материала, а мешок погружают в сосуд с растворителем. За счет раз­ности давлений и осмоса происходит концентрирование продукта. Растворитель, поступающий извне, оказывает на мешок давление, называемое осмотическим. Если к раствору приложить внешнее давление, превышающее осмотическое, то растворитель вытекает через полупроницаемую мембрану против градиента кон­центрации растворенного вещества, т.е. происходит дальнейшее концентрирова­ние раствора. Подобный процесс представляет собой обратный осмос, исполь­зуемый как метод концентрирования продукта.

Ультрафильтрация - отделение веществ с помощью мембранных фильтров. Некоторые марки фильтров предназначены для отделения лишь срав­нительно крупных частиц: иммуноглобулинов, коллоидных агрегатов, вирусов. Мембраны с наиболее мелкими порами задерживают молекулы органических ки­слот. Ультрафильтрация протекает при умеренно высоком давлении (20-400 кПа), приложенном к жидкости. Применяется для концентрирования таких малоста­бильных продуктов, как молочная и глютаминовая кислоты, некоторые антибиотики и ферменты.

Наиболее древний метод - выпаривание.Его недостаток состоит в не­обходимости нагревания, которое проводят при низком давлении. Используют вакуум-выпарные аппараты. Нагревающим агентом чаще всего служит водяной пар, хотя используют также обогрев жидким теплоносителем или электрообогрев. Пар характеризуется большой теплотой конденсации и облегчает регулиров­ку процесса выпаривания.

Обезвоживание продукта - сушка на подносах, на ленточном конвейере с подогревом, подачей газообразного нагревательного агента (воздух, СО₂, ды­мовые или топочные газы и др.) в сушильный аппарат, в вакуум - сушильных шкафах, в барабанных и распылительных сушилках.

При сушке в кипящем слое газообразный нагревательный агент мощной струей врывается в сушильный аппарат снизу и частицы обезвоживаемого продукта парят в газовом потоке.

Особо чувствительные к нагреву материалы сушат в вакуум-сушильных шкафах, при пониженном давлении и температуре.

Барабанные сушилки, в которых обезвоживают микробные суспензии, состоят из вращающихся подогреваемых барабанов, погруженных в сосуд с суспензией. Соприкасаясь с барабаном, суспензия обезвоживается и присыхает в виде пленки к его стенкам. Высохшую биомассу соскребают со стенок ножом.

Модификация продукта - перестройка полученных соединений живот­ного, растительного или микробного происхождения с целью придания им спе­цифических свойств, необходимых человеку. Химическая модификации необхо­дима в тех случаях, когда биотехнологический процесс дает лишь «заготовку» целевого продукта. Например, пенициллин G, образуемый Penicillum notatum, модифицируют с целью получения ампициллина, метициллини и др. полусинтетических пенициллинов. К синтезированной организмом структуре химическим путем присоединяют необходимые заместители. Важный момент - придание продукту оптической асимметрии. Биообъект (например, дрожжи) избирательно потребляют один из изомеров (например, L-аминокислоты), в среде остается его оптический антипод. Подобная технология известна со времен Луи Пастера.

Модификация - необходимый этап в получении ряда ферментов, гормонов, препаратов медицинского назначения. Например, у бычьего инсулина «от­стригают» аминокислотные остатки, после чего он становится идентичным человеческому гормону.

Стабилизация продукта направлена на сохранение свойств продукта в период его хранения и использования потребителем (добавление наполнителей, модификация и др.). Включает физико-химические воздействия на продукт. Сушка повышает устойчивость продукта к внешним воздействиям. Обезвоживание ферментов вызывает их устойчивость к нагреванию.

К стабилизации продуктов, в том числе кормового микробного белка, ве­дет добавление наполнителей из грибного мицелия, пшеничных отрубей, кукурузной муки, которые сами обладают питательной ценностью. Стабилизация ферментов достигается добавлением глицерина, углеводов или неорганических ионов - Со²⁺, Мg²⁺; Na⁺ для пектиназы, формалина 0,2 %-ного раствора для глюкоамилазы, антибиотиков - лизина для глюкоамилазы.

Иногда стабилизация продукта представляет собой задачу особого био-технологического процесса. Меланж, получаемый из яичных белков, - ценный пищевой продукт, через несколько месяцев хранения - темнеет, его органолептические свойства ухудшаются. Порча меланжа может быть предотвращено, если из него удалить углеводы. С этой целью на меланже рекомендуется выращивать пропионовые бактерии, «выедающие» углеводы. Это приводит к удлинению сро­ка хранения меланжа, повышается питательная ценность, т.к. пропионовые бактерии обогащают его органическими кислотами и витамином В₁₂.