88.Аппаратурное оформление процессов концентрирования и сушки целевых продуктов. Факторы, влияющие на производительность и выбор оборудования.
Концентрирование. В зависимости от термолаби-льности, летучести, требуемого уровня качества целе-вых продуктов в БТ производствах используют м-ды концентрирования: вакуум-выпаривание, обратный осмос и криоконцентрирование.
Обратный осмос проводят с использованием мем-бран диаметром 1-10нм. Они способны задерживать компоненты с молекулярной массой 50 ед. и более. Идет концентрирование всех компонентов, в фильтрат уходит вода и отдельные одновалентные ионы (Na, K, Cl). Мембраны изготавливают на основе ацетатцеллюлозы, синтетических полимерных пленок, полиамилазы, металлокерамики. Давление до 5 МПа. Недостаток: низкая концентрация СВ. Поэтому при использовании таких установок одновременно предусматривают использование вакуум-выпарных уст. для повышения конц. СВ.
Вакуум-выпаривание проводят в ВВУ, кот. бывают одно - и многокорпусными. Преимущество вторых: в первом корпусе продукт нагревается водяным паром, а в остальных – вторичным, кот. получен в предыдущем корпусе. Это приводит к значительной экономии греющего пара. Наиболее эф-ны трехкорпусные установки. Кроме экономии пара они оказывают меньшее воздействие на продукт. Температура сгущения продукта в каждом последующем корпусе снижается, концентрация СВ увеличивается, что влияет на качество готового продукта. Схема процесса: продукт в нагревателе нагревается до t сгущения за счет тепла вторичного пара. Подогревается в колоризаторе и спаром поступает в пароотделитель. Продукт возвращается в калоризатор и цикл повторяется. Часть сокового пара используется нагрева продукта в калоризаторе, а др., конденсируясь за счет холодной воды, водокольцевым насосом выводится из ап-та.
Для снижения потерь БАВ необходимо сокращать пребывание продукта в теплообменном ап-те, чего можно достигнуть за счет создания тонкой пленки жид. В связи с этим применяют пленочные ВВУ (трубчатые и роторные).
Сушка. Метод сушки определяется фактора-ми: агрегатным состоянием и дисперсной фазой вы-сушиваемого объекта, необходимостью сохранения нативных св-в биообъекта, инактивации БАВ и клеток мко. С учетом этих факторов в бт промышленности применяют виды сушки:
1) конвективная (распылительные, вихревые, барабанные)
2) кондуктивная (ленточные, шахтные, вальцевые)
3) сушка при пониженных t под вакуумом (вакуум-сушильные шкафы)
4) лиофильная (сублимационные)
Распылительные сушилки предназначены для сушки р-ров, суспензий и пастообразных материалов. Так получают сухое молоко, дрожжи, яичный порошок. Это коническо – цилиндрический ап-т, в кот. происходит диспергирование материала ( диспергатор – распылительные диски, форсунки). Достоинство: возможность использования теплоносителя с высокой t.
Вальцовые сушилки предназначены для сушки жидких и пастообразных материалов (паст, дрожжей)высушивание материала происходит в тонком слое за полный оборот вальцов.
Сублимационные сушилки применяются для сушки ценных продуктов, когда к высушенному продукту предъявляют высокие требования в отношении сохранения его биологических св-в при хранении. Сушка заключается в удалении влаги из продуктот путем их замораживания и последующего перехода льда, образовавшегося в продукте. В пар, минуя жидкую фазу, при нагревании продукта под вакуумом. Сушка проводится при остаточном давлении 133,3-13,3 Па и при низких t.
83. Оборудование для баромембранной и электромембранной обработки биолог-х жидкостей.
Наибольшее примен. получили гиперфильтрация и электродиализ. Гиперфильтрация – физ. способ разделения р-ра ч/з полупроницаемую мембрану.. В зависимости от размера пор гиперфильтрацию разделяют на : - обратный осмос (1-10нм); - ультрафильтрация (10-100нм); - микро - (100-1000нм); - фильтрация (1000-8000нм).
Движущей силой процесса гиперфильтрации явл. давление. За счет давления, создаваемого на р-р, растворитель и компоненты, размеры молекул кот. меньше пор мембраны, проходят через нее. Компоненты с размерами молекул больше пор, задерживаются мембраной и происходит их концент-рирование. При помощи микро - и ультрафильтрации разделяют суспензии и коллоидные р-ры. Мембраны задерживают ВМС и пропускают в фильтрат в-ва, образующие истинный р-р. При обратном осмосе задерживаются практически все компоненты, через мембрану проходят вода и некоторые одновалентные ионы. Происходит сгущение р-ра. Основными Крите-риями гиперфильтрации явл. избирательность, прони-цаемость, устойчивость к мех. и хим. воздействиям. Первое поколение мембран изгот. из ацетатцеллюлозы. они выполняли ф-ю разделения. Недостатки: низкая мех. прочность, низкая хим. стойкость, не выдерж. нужную санитарную обработку. Второе поколение мембран основано на синтетич. полимерах, имеют более высокую хим. прочность, легко моются. Недостаток: тонкий фильтрующий слой (0,1-0,2 мкм), что приводит их к хим. разрушению. Мембраны третьего поколения изготав. из металлокерамики.
Проницаемость всех видов мембран во время работы снижается, что объясняется образованием на поверхности мембран слоя р-ра с повышенной концентрацией (концентрационная поляризация). Преимущества гиперфильтрации перед др. способами: - проведение процесса при любых темпера-турах; - более низкие затраты энергии; - получение продукта с сохранением нативных св-в.
Отличительной особенностью микрофильтрации явл. использование мембран с диаметром пор 100-1000нм. Используют нуклеопористые мембраны, кот. изготавливают из поликарбонатов или полиэфирного волокна. При уф-ции используют мембраны с диаметром пор 10-100нм. На таких мембранах задерживаются компоненты с молекулярной массой 10000ед. и выше. Для нормального функционирования уф установок нужно оборудовать спец. участки:
1. предварительная обработка сыворотки (сбор, сепарирование, пастеризация, охлаждение, хранение);
2. тепловая обработка белкового концентрата (охлаждение, резервирование);
3. сушка белкового концентрата
4. переработка фильтрата
5. умягчение водой
6. стадия мойки
Отсутствие любого участка может свести к 0 весь процесс.
Обратный осмос проводят с использованием мембран диаметром 1-10нм. Они способны задерживать компоненты с молекулярной массой 50 ед. и более. Идет концентрирование всех компонентов, в фильтрат уходит вода и отдельные одновалентные ионы (Na, K, Cl). Мембраны изготавливают на основе ацетатцеллюлозы, синтетических полимерных пленок, полиамилазы, металлокерамики. Давление до 5 МПа. Недостаток: низкая концентрация СВ. Поэтому при использовании таких установок одновременно предусматривают использование вакуум-выпарных уст. для повышения конц. СВ.
Электродиализ–процесс направленного переноса ионов через селективную мембрану под действием эл. поля. Сущность: ионитовые мембраны при контакте с р-ром электролита под действием эл. поля пропускает ионы одного заряда и служит барьером для ионов противоположного заряда. Электродиализ сочетает в себе понятия диализа, осмоса, электроосмоса и электролиза.
Диализ – перенос раствор. в-в за счет разности концентраций.
Осмос– перенос растворителя через мембрану в область с большим осмотическим давлением.
Электроосмос–перенос молекул растворителя мигрирующими ионами.
Электролиз – изменение хим. состава р-ра под действием эл. поля.
Механизм переноса ионов при электролизе: под действием эл. поля катиониты и аниониты через катионитовые и анионитовые мембраны переходят в рабочий р-р. При этом обрабатываемое сырье деминерализуется. В рабочем р-ре повы-шается конц. мин. солей. полученный концентриро-ванный р-р смешивают с водой и получают рабо-чий р-р. Нужный процент деминерализации зави-сит от продолжительности их обработки. Достигнув необх. степени деминерализации сырье отправляют на переработку.
Мембраны для электродиализа, д. б. нетоксич-ными, эластичными, мех. прочными, хим. и тер-мостойкими, обладать хорошей проницаемостью (высокой по отношению к ионам солей, низкой к растворителю), высокой селективностью, набухаемостью, водопроницаемостью.
В пищ. пром. электродиализ применяют при производстве напитков для обессоливания сырья, удаления радиоактивных элементов. В мол. пром. его исп. для деминерализации мол. сыворотки.
89. Стандартизация, стабилизация и модификация целевых продуктов.
МОДИФИКАЦИЯ. Химич. модификация продукта ферментации необходима когда выделенное из культуральной жидкости и клеточной биомассы вещество представляет собой полуфабрикат для получения товарной формы препарата. Модифи-кация основана на реакциях:-ацелирования; - эте-рификации; - окисления, восста-новления и др., в результате которых образуется производное вещество харак-щееся большей по сравнению с исходным продуктом биол-кой активностью, поэ-тому данные процессы широко используются при производстве антибиотиков, гормонов, ферментов, и др. биол-ки активных белков.
СТАБИЛИЗАЦИЯ. Предусматривает обработку целевых продуктов различными физико-химич. методами с целью повышения стойкости при хранении или получении готовых препаратов.
К мероприятиям по стабилизации продуктов относят введение водосвязывающих агентов, повышение термостойкости целевых продуктов, связывание функциональных групп входящих в активный центр фермента. Для повышения стабилизации ферментных препаратов используют иммобилизацию.
СТАНДАРТИЗАЦИЯ. Если доля основного вещества в составе препаратов составляет несколько % или ниже, стандартизацию осуществляют простым разбавлением готового высушенного препарата разбавителем, который не взаимодействующим с основным веществом до требуемого уровня активности готового продукта. В качестве разбавителей используют доступные нетоксичные соединения (каолит, диатомит) или отходы с/х (отруби), которые обогащают продукт витаминами макро - микроэлементами. Стандартизацию разбавлением проводят после сушки продукта и определения в нем активности. Технический смысл стандартизации-направить на упаковку готовый продукт, отвечающий требованиям ГОСТа. Др. стандартизация основана на определении содержания основного вещества в концентрированных аппаратах. Для пищевой и медицинской промышленности большое значение имеет наиболее высокая активность или содержание основного вещества в препаратах.
