Метод жидкостной экстракции

Выделение продуктов метаболизма из культуральной жидкости

Если биологически активное вещество, например антибиотик, находится в культуральной жидкости в растворенном состоянии, то для извлечения его применяют экстракцию или ионообменный метод.

Жидкостная экстракция представляет собой процесс извлечения веществ одной жидкостью из другой. Из воды вещество экстрагируют органическим растворителем, а из органического растворителя - водой. Обычно используют такой органический растворитель, который не смешивается с водой. Таким образом, в процессе экстракции участвуют две жидкие фазы - экстрагент и исходный раствор. Получаемые после экстракции фазы называются экстрактом и рафинатом (или отработанным раствором).

Метод экстракции позволяет не только извлечь целевой компонент из культуральной жидкости, но и отделить его от значительного числа сопутствующих примесей и сконцентрировать.

Для экстракции к определенному объему водного раствора вещества, например, антибиотика, прибавляют определенный объем органического растворителя (экстрагента), нерастворимого или слаборастворимого в воде. Водную и органические фазы перемешивают и затем разделяют отстаиванием или центрифугированием. В результате получают экстракт и отработанный раствор. В лабораторной практике экстракцию проводят в делительных воронках.

Основной характеристикой процесса экстракции является коэффициент распределения К_р, который представляет собой отношение равновесной концентрации распределяемого вещества в органической фазе С_о (экстракте) к его равновесной концентрации в водной фазе С_в (рафинате).:

По значению коэффициента распределения судят об экстракционной способности экстрагента. Чем выше К_Р, тем выше способность данного экстрагента извлекать целевой компонент. Количество извлеченного вещества увеличивается с ростом продолжительности экстракции. Однако для многих биологиче­ски активных веществ, лабильных в процессе экстракции, время экстракции необходимо сокращать. Кроме того, переработка больших объемов культуральной жидкости (десятки тонн) также требует уменьшения продолжительности экстракции.

Для того чтобы увеличить скорость процесса экстракции, необходимо максимально развить поверхность взаимодействия между фазами. Это может быть достигнуто интенсивным диспергированием экстрагента на мелкие капли с равномерным распределением их в другой жидкости. При этом не только возрастает площадь поверхности соприкосновения фаз, но и значительно уменьшается сопротивление переходу извлекаемого вещества.

Увеличению скорости процесса экстракции способствует также создание противоточного движения жидкостей. В этом случае еще не содержащий целевого компонента экстрагент контактирует с обедненным раствором, тогда как при прямотоке насыщенный целевым компонентом экстрагент контактирует с исходным раствором.

Большинство культуральных жидкостей содержат белки, высшие амины, соли жирных кислот, которые являются эмульгаторами. При диспергировании экстрагента и культуральной жидкости образуется стойкая эмульсия, неполное разделение которой приводит к потере как целевого компонента, так и растворителя. Наиболее эффективно разрушение эмульсии происходит под действием центробежных сил. Длительность разрушения эмульсии должна быть минимальной (не более 10 с.). Поэтому экстракцию, например, антибиотиков проводят либо в центробежных экстракторах-сепараторах, в которых одновременно осуществляются процесс экстракции и разрушение образовавшейся эмульсии, либо и две стадии - в одном аппарате - процесс экстракции, а в центробежных сепараторах или суперцентрифугах - разделение эмульсии.

На заводах малой производительности применяют периодическую экстракцию, которую проводят в аппарате с мешалкой и коническим днищем типа делительной воронки. Аппарат снабжен рубашкой для охлаждения.

Рисунок 25 - Струйный инжектор – сместитель: 1- сопло; 2 – отверстия; 3 – штуцер; 4 -всасывающий трубопровод.

В аппарат заливают определенные объемы культуральной жидкости и экстрагента, включают мешалку и приливают раствор кислоты или шелочи до установления требуемого значения рН. Перемешивают в чеченце 10 - 20 мин., выключают мешалку затем разделяют водную и органическую фазы под действи­ем силы тяжести или сепарацией.

На заводах, где перерабатываются десятки и сотни тонн культуральной жидкости в сутки применяется непрерывная экстракция. Культуральную жидкость и органический растворитель из емкостей непрерывно подают насосами в определенных количествах на смешение в смеситель-экстрактор. Полученная в смесителе эмульсия для разделения направляется в тарельчатые сепараторы или трубчатые сверхцентрифуги.

Дата добавления: 2014-01-04