Обратный осмос

Обратный осмос (гиперфильтрация) – переход растворителя (воды) из раствора через полупроницаемую мембрану под действием внешнего давления. Избыточное рабочее давление раствора в этом случае намного больше осмотического. Движущей силой обратного осмоса является разность давлений:

Р=Р_р-ра-Р_ос.

Для разделения веществ применяют мембраны двух типов:

1. Пористые с размером пор 10-4- 10-3 мкм (1 – 10 Е). Селективная проницаемость основана на адсорбции молекул воды поверхностью мембраны и ее порами. В нашей стране выпускают ацетатцеллюлозные мембраны: УАМ-50м, УАМ-500м.

2. Непористые диффузионные мембраны образуют водородные связи молекулами воды на поверхности контакта. Под действием избыточного давления эти связи разрушаются, молекулы воды диффундируют в противоположную сторону мембраны, а на образовавшиеся свободные места проникают следующие. Таким образом, вода как бы растворяется на поверхности и диффундирует внутрь слоя мембраны. Почти все БАВ, кроме газов, не могут проникать через такую мембрану. В нашей стране и странах СНГ выпускают гиперфильтрационные ацетатцеллюлозные мембраны МГА-80, МГА-90, МГА-100. Цифра в марке означает процент селективности (S):

S = ×100 %,

Где С₁ и С₂ – концентрация веществ в исходном растворе и фильтрате, мг/мл.

На этом принципе работают промышленные отечественные установки типа «Роса», УГ-1, УГ-10, производительностью соответственно от 0,1 до 1 и от 1 до 10 м³/сут, и зарубежные фирмы «Абкор» (США), ДДС-РО (Дания). Обычно установки обратного осмоса предназначены для однородных высоковязких жидкостей, выпускают установки двух типов: трубчатые и рулонные, применяя не менее пяти марок фильтрующего материала, обладающих высокой стойкостью к рН (1 – 13), селективностью и рабочей температурой до 80 ⁰С.

Гельфильтрация - хроматографический метод разделения, основанный на использовании высокопористых носителей со строго определенным размером пор. При этом молекулы, способные проникнуть в поры носителя, дольше задерживаются в его материале, так как проходят при этом больший путь. В качестве материалов для проведения процессов гельфильтрации используют декстраны с поперечными связями, полиакриламид, стекло и др.

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.

ІV. Иллюстративный материал:прилагается

V. Литература:

основная:

1. Егорова Т.А., Клунова С.М., Живухина Е.А. Основы биотехнологии. – М.: Изд. центр «Академия», - 2008. – 208 с.

2. Евтушенков А.Н., Фомичев Ю.К. Введение в биотехнологию: Курс лекций. – Минск.: БГУ, 2002. - 105 с.

3. Сазыкин Ю.О., Орехов С.Н., Чакалева И.И. Биотехнология: Учебное пособие. – М.: Изд. Центр «Академия». – 2006. – 256 с.

4. Орехов С.Н. Фармацевтическая биотехнология. Руководство к практическим занятиям. – Учебное пособие. – Под ред. акад. РАМН В.А. Быкова, проф. А.В Катлинского. – М. : ГЭОТАР-Медиа 2009. – 384 с.

5. Елинов Н.П. Химическая микробиология. - Учебник. - М.: Высшая школа. - 1989, 448 с

6. Воробьева Л.И. Промышленная микробиология. - Учебное пособие. - М.: Изд-во МГУ. - 1989, 294 с.

7. Биотехнология. Принципы и применение. Пер. с англ. / Под ред. И. Хиггинса, Д. Беста, Дж. Джонса. - М.: Мир. - 1988, 480 с.

8. Чуешов В.И., Зайцев А.И., Шебанова С.Г. Промышленная технология лекарств. Том 2. Харьков, 2002.

9. Биотехнология микробного синтеза (Под ред. Бекера М.Е.) – Рига – 1980.

10. Биотехнология. (Отв. редактор А.А. Баев). - М.: Наука. - 1984, 310 с.

11. Перт С. Дж. Основы культивирования микроорганизмов. М., - 1979 г.

12. Промышленная микробиология (Под ред. Егорова Н.С.) – М., 1989 г.

13. Процессы и аппараты химической технологии (Под ред. П.Г. Романкова). – Л. – 1981.

дополнительная:

1. Березов Т.Т. , Коровкина Б.Ф. – Биологическая химия (Под ред. И.М. Ивановой) – М., Медицина – 1981 г.

2. Никитин Г.А. – Биохимические основы микробиологических производств – Киев, 1981.

3. Бриттон Г. – Биохимия природных пигментов. М., Мир – 1986 г.

4. Попова Т.В. – Развитие биотехнологии в СССР – М., Наука - 1988 г.

5. Популяционные аспекты биотехнологии – Печуркин Н.С., Брильков А.В., Маркенкова Т.В. – Новосибирск: - Наука – 1990 г.

6. Специальные журналы: «Биотехнология», «Фармация Казахстана», «Фармацевтический бюллетень» и др.

VІ. Контрольные вопросы (обратная связь):

1. Укажите основные органеллы животных и растительных клеток и выполняемые ими функции.

2. Назовите основные этапы и методы выделений клеточных мембран.

3. Расскажите о методах выделения биологических мембран?

4. Что вы знаете о процессе диализа и электродиализа?

5. В чем заключается метод ультрафильтрации?

6. Что такое обратный осмос?