Τα βιοτεχνολογικά προϊόντα περιέχονται σ' ένα πολύπλοκο ρευστό σύστημα (κύτταρα, υπόστρωμα, διαλυτές μεταβολικές ουσίες κ.ά.) Είναι συνήθως ευαίσθητες ουσίες. Η δομή και η ενεργότητα τους διατηρείται κάτω από τις αυστηρές συνθήκες περιβάλλοντος Η ανάκτηση των προϊόντων αυτών είναι πολύπλοκη διαδικασία που εξαρτάται από ορισμένες ιδιότητες του προϊόντος όπως : Σταθερότητα, συγκέντρωση, διαλυτότητα, μέγεθος και φορτίο του μορίου, προδιαγραφές του τελικού προϊόντος (υγρό, σκόνη, κρυσταλλικό προϊόν, κλπ.) Οι διεργασίες ανάκτησης των προϊόντων περιλαμβάνουν τη : Προκατεργασία, διαχωρισμό, συγκέντρωση, καθαρισμό, απομόνωση
1. ΠΡΟΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑ Αναφέρεται στην ελευθέρωση των βιομορίων από τα κύτταρα Περιλαμβάνει τη : Λύση (θραύση) των κυττάρων Διαχωρισμό των προϊόντων 1. ΛΥΣΗ ΤΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ Γίνεται με δύο μεθόδους : Μηχανικές Μη μηχανικές α. Μηχανικές Μέθοδοι Χρησιμοποιούν δυνάμεις διάτμησης και συσκευές όπως σφαιρόμυλοι, ομογενοποιητές και υπερήχων Στους σφαιρόμυλους, μικρά σφαιρίδια που υπάρχουν στο χώρο του σφαιρόμυλου λόγω ισχυρής ανατάραξης από την περιστροφή του μύλου θραύουν τα κύτταρα απελευθερώνοντας βιομόρια. Η κινητική της απελευθέρωσης των βιομόριων με τη μέθοδο αυτή είναι πρώτου βαθμού
Χρησιμοποιούν μεγάλη πίεση (μέχρι 1500 bar) που ακολουθείται από στιγμιαία εκτόνωση καθώς το αιώρημα κυττάρων διέρχεται από ειδικό στόμιο. Η μέθοδος αυτή εφαρμόζεται για την απελευθέρωση εσωκυτταρικών ενζύμων Οι συσκευές υπερήχων χρησιμοποιούνται σε εργαστηριακό επίπεδο για τη λύση κυττάρων με κυτταρικά τοιχώματα λιγότερο σκληρά. Η αρχή λειτουργίας τους στηρίζεται στη δημιουργία "κοιλοτήτων" στο αιώρημα των κυττάρων
β. Μη Μηχανικές Μέθοδοι Περιλαμβάνουν φυσικές, χημικές και ενζυμικές διεργασίες Φυσική διεργασία είναι η ξήρανση. Δρα στα κυτταρικά τοιχώματα με τρόπο που διευκολύνει την έξοδο των βιομορίων από τα κύτταρα Χημική διεργασία είναι η χημική λύση των κυττάρων. Χρησιμοποιεί ειδικές ουσίες για το σκοπό αυτό. Π.χ. επιφανειακά ενεργές ουσίες (Triton X-100) δημιουργούν ανοίγματα στην κυτταρική μεμβράνη Ενζυμική διεργασία είναι η βιοχημική λύση των κυττάρων. Γίνεται είτε με παρεμπόδιση της βιοσύνθεσης των κυτταρικών τοιχωμάτων είτε με χρήση ειδικών ενζύμων που τα διασπούν. Π.χ. το ένζυμο λυσοζύμη διασπά το κυτταρικό τοίχωμα των θετικά κατά Gram βακτηρίων
2. ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ Η βιοτεχνολογία χρησιμοποιεί μοναδικές διεργασίες (π.χ. ζυμώσεις), ειδικές πηγές προϊόντων (π.χ. κύτταρα) και ασυνήθιστα προϊόντα (π.χ. ένζυμα, ορμόνες) Οι διαδικασίες διαχωρισμού λαμβάνουν υπ' όψη τις ιδιαιτερότητες αυτές χρησιμοποιώντας ορισμένες φυσικές διεργασίες Ο διαχωρισμός κυττάρων ή βιοτεχνολογικών ουσιών βασίζεται στις διαφορετικές ιδιότητες τους από εκείνες από τις οποίες πρόκειται να διαχωριστούν. Οι ιδιότητες αυτές είναι: μέγεθος, βάρος, διαλυτότητα, ηλεκτροστατικά και μαγνητικά χαρακτηριστικά, πρόσδεση σε ορισμένες ουσίες, κ.ά.
Οι κυριότερες μέθοδοι διαχωρισμού βιοτεχνολογικών προϊόντων είναι οι εξής: Χρησιμοποιούν ορισμένα φυσικά φαινόμενα όπως πίεση και φυγόκεντρο δύναμη 1. ΔΙΗΘΗΣΗ Γίνεται διαχωρισμός στερεών από υγρά ή μορίων από μόρια με διαφορετικό μέγεθος Στην πρώτη περίπτωση, χρησιμοποιούνται πορώδη υλικά (υφάσματα, χαρτί, γη διατόμων, κ.ά). Στη δεύτερη, ειδικές μεμβράνες α. ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ ΣΤΕΡΕΩΝ ΑΠΟ ΥΓΡΑ Ανάλογα με τον τρόπο διαχωρισμού, η διήθηση που χρησιμοποιείται είναι επιφανειακή, βάθους και τύπουκόσκινου
Επιφανειακή διήθηση Τεμαχίδια παραμένουν στην επιφάνεια του φίλτρου σχηματίζοντας μια ζώνη ενώ η υγρή φάση διέρχεται από το φίλτρο Η ταχύτητα διόδου μέσα από τη ζώνη του φίλτρου εξαρτάται από τη διαφορά πίεσης, την επιφάνεια του φίλτρου και την αντίσταση ροής μέσα από το φίλτρο Η οικονομικότητα της διεργασίας αυτής απαιτεί συγκέντρωση αδιάλυτων στερεών 3-5% Oι πιο κοινές διηθήσεις είναι εκείνες που χρησιμοποιούν φίλτρα υπό μορφή πλαισίων ή περιστρεφόμενα φίλτρα τύμπανου λειτουργούντα υπό κενό Αιώρημα Διήθημα Φίλτρο
Διηθητικό μέσο Διήθηση βάθους Ο διαχωρισμός γίνεται μέσα από τη μάζα του υλικού διήθησης και εφαρμόζεται στη διαύγαση διαλυμάτων μικρού βαθμού θολώματος Διήθηση τύπου-κόσκινου Ο διαχωρισμός γίνεται σύμφωνα με το μέγεθος των πόρων του μέσου διήθησης. Προϋπόθεση λειτουργίας αυτής της μεθόδου είναι η συνεχής αφαίρεση των στερεών σωμάτων. Χρησιμοποιείται για το διαχωρισμό μεγάλου μεγέθους κυττάρων και σωματιδίων Αιώρημα
β. ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ ΜΟΡΙΩΝ ΑΠΟ ΜΟΡΙΑ Διήθηση μέσω μεμβρανών Ορισμένα σωματίδια διέρχονται, υπό την επίδραση υδροστατικής πίεσης, μέσα από τους πόρους της μεμβράνης ενώ άλλα συγκρατούνται επάνω στη μεμβράνη Διακρίνεται σε υπερδιήθηση (ΥΔ) και αντίστροφη όσμωση (ΑΟ) ΥΔ (MB> 1000) ΑΟ (MB< 1000)
ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΥΔ ΑΟ Μέγεθος διαλυμένου μορίου που συγκρατείται ΜΒ > 1000 MB < 1000 Οσμωτική πίεση Αμελητέα Σημαντική (< 10 3 Ν/cm 2 ) Λειτουργική πίεση < 10Ν/cm 2 < 1.5Ν/cm 2
Η οσμωτική πίεση επηρεάζει τη ΥΔ και ΑΟ. Μειώνεται όταν αυξάνεται το μέγεθος των μορίων γεγονός που επιτρέπει την ποσοτική διαφοροποίηση μεταξύ ΥΔ και ΑΟ Πλεονεκτήματα της ΥΔ Σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες (θερμοευαίσθητα μόρια) Χαμηλές υδροστατικές πιέσεις Δεν απαιτείται αλλαγή φάσεως όπως κατάψυξη ή εξάτμιση (ήπιες συνθήκες, εξοικονόμηση ενέργειας) Ταυτόχρονη συγκέντρωση και διαχωρισμό ουσιών Οικονομική διεργασία για τη συγκέντρωση και διαχωρισμό βιοτεχνολογικών προϊόντων Ιδιαίτερα χρήσιμη για τη συγκέντρωση και διαχωρισμό ενζύμων λόγω των ήπιων συνθηκών λειτουργίας της
Η αντίστροφη όσμωση γίνεται με διάχυση μέσω δύο ειδών μεμβρανών 1. Ομογενείς μεμβράνες Διαλύτες και οι διαλυμένες ουσίες μεταφέρονται με μοριακή διάχυση κάτω από τη δράση μίας βαθμίδωσης συγκέντρωσης Η διάχυση εξαρτάται από τη : Διάμετρο του διαχεόμενου μορίου Θερμοκρασία Μέγεθος πόρων μεμβράνης Αντίδραση μεμβράνης διαχεόμενου μορίου 2. Ανισότροπες μεμβράνες Λεπτές (0.1-0.5 μ), διπλού στρώματος. Έχουν μεγάλες ροές. Η διήθηση ακολουθεί το νόμο του Fick Είδη μεμβρανών : Επίπεδες μεμβράνες Τριχοειδών κοίλων ινών Σωληνοειδών μεμβρανών Εφαρμογή: Διαχωρισμός αιθανόλης, αλάτων, νερού, κ.ά.
ΜΕΜΒΡΑΝΕΣ
Αποστειρωμένο υπόστρωμα Φίλτρο αποστείρωσης Βιοαντιδραστήρας Προϊόν
2. ΦΥΓΟΚΕΝΤΡΗΣΗ Μηχανική διεργασία διαχωρισμού κυττάρων, οργανιδίων και σχετικά μεγάλου μεγέθους μορίων, στηριζόμενη στη φυγόκεντρο δύναμη
Επιτάχυνση σωματιδίων : U C = d 2 (ρ p - ρ L )b/18η Φυγόκεντρος επιτάχυνση: b = rω 2 = (d a - d i )n 2 η/3600 όπου: d = διάμετρος σωματιδίου ρ p = πυκνότητα σωματιδίου ρ L = πυκνότητα υγρού η = ιξώδες μέσου διασπορά ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΣΩΜΑΤΙΔΙΟΥ b = φυγόκεντρος επιτάχυνση r = ακτίνα φυγοκεντρικού τύμπανου ω = γωνιακή ταχύτητα d a = εξωτερική διάμετρος τύμπανου d i = εσωτερική διάμετρος τύμπανου n = αριθμός στροφών ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΜΕΣΟΥ ΔΙΑΣΠΟΡΑΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΦΥΓΟΚΕΝΤΡΟΥ Συντελεστής επιτάχυνσης : Ζ = b/g = dn 2 /1800 Έκταση διαύγασης : Σ = F/Z όπου: F = επιφάνεια κεφαλής φυγοκέντρου
Συσκευές φυγοκέντρησης 3 Είδη : 1. Διηθητικές φυγόκεντροι Φυγοκέντρηση μέσα από ζώνη διήθησης Υ Σ Ε 2. Φυγόκεντροι τύπου - κόσκινου Φυγοκέντρηση μέσα από τους πόρους του κόσκινου 3. Φυγοκεντρικοί διαχωριστήρες τύπου ποτηρίου Πλέον κοινοί. Ευρεία χρήση Διαχωρισμός ανάλογα με το μοριακό βάρος Συνεχής τροφοδοσία της φυγοκέντρου Η αραιά φάση ρέει πάνω στο τύμπανο Η στερεά φάση συλλεγεται στα τοιχώματα του τυμπάνου Υ Ε Υ Ε Σ Σ Σ
Βασίζονται σε 2 φυσικές διεργασίες : 1. ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗ 2. ΕΚΧΥΛΙΣΗ 1. ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗ Εναπόθεση σωματιδίων ουσιών σε επιφάνειες υπό τη δράση επιφανειακών δυνάμεων. Επηρεάζεται από τις εξής ιδιότητες των σωματιδίων : Χημική σύσταση Διάμετρο Φορτίο Ειδική επιφάνεια Κυριότερες προσροφώσες ουσίες: Ιοντοανταλλάκτες Ειδικά πολυμερή Ενεργός άνθρακας
α. Ιοντοανταλλάκτες β. Ειδικά πολυμερή Προσροφούν ουσίες με μη στοιχειομετρική σχέση Χημική σύσταση Πολικές (αμίνες, σουλφοξείδια) Ημιπολικές (ακρυλικοί εστέρες) Μη πολικές (διβινυλοβενζοστυρένιο) Φυσικές ιδιότητες (πόρων) Διάμετρος Όγκος πόρων Εσωτερική επιφάνεια γ. Ενεργός άνθρακας Τεράστιο πορώδες (επιφάνεια 1500 m 2 / g) Παράγεται με εξανθράκωση του οργανικού άνθρακα (π.χ. ξύλο) Είναι δυνατή η αναγέννηση Μεγάλη εφαρμογή (αποχρωματισμός, απόσμιση, κ.ά.)
2. ΕΚΧΥΛΙΣΗ Εξαρτάται από την: Διαλυτότητα ουσιών Ικανότητα διαλυτών να αντιδρούν με στερεά υλικά και να ελευθερώνουν διαλυτές ουσίες Χρησιμοποιείται κυρίως η εκχύλιση : α. ΥΓΡΗΣ ΥΓΡΗΣ ΦΑΣΗΣ Γ/2 = (β-logs)/k Μεταφορά της μίας διαλυτής φάσης στην άλλη σε σύστημα μη αναμιγνυόμενων υγρών α1. Κλασμάτωση με ανόργανα άλατα Προσθήκη (NH 4 )SO 4 ή Na 2 SO 4 για την απομόνωση με καθίζηση βιομορίων λόγω αύξησης της ιοντικής ισχύος logs = βκγ/2 S = Διαλυτότητα πρωτεΐνης Γ = Ιοντικός δεσμός β, Κ = σταθερές α2. Κλασμάτωση με οργανικούς διαλύτες Προσθήκη ακετόνης ή αιθανόλης για την απομόνωση με καθίζηση βιομορίων λόγω ελάττωσης της διηλεκτρικής σταθεράς Δημιουργία ιζήματος
α3. Χρωματογραφία Περιλαμβάνει διάφορες τεχνικές Στοχεύει στο διαχωρισμό των βιομορίων από το υγρό στο οποίο είναι διαλυμένες Αρχή λειτουργίας : Υπάρχουν 2 φάσεις Στάσιμη φάση (στερεά) Τοποθετείται σε στήλες διαφόρων μεγεθών Κινητή φάση (υγρή) Διαπερνά τη στάσιμη φάση οπότε και διαχωρίζονται τα βιομόρια
ΕΙΔΗ ΧΡΩΜΑΤΟΓΡΑΦΙΑΣ : 1. Χρωματογραφία πηκτής (μοριακά κόσκινα) : Αρχή λειτουργίας : Διαχωρισμός μορίων με βάση το μέγεθος και το σχήμα τους Υλικά : Πολυακρυλαμίδια. Πολυμερισμένα ακτυλαμίδια Δεξτράνη. Πολυμερές της γλυκόζης μα α,1-6 δεσμούς. Παράγεται από το βακτήριο Leuconostoc mesenteroides ΣΦΑΙΡΙΔΙΟ ΠΗΚΤΗΣ 45 0 C ΔΟΜΙΚΗ ΜΟΝΑΔΑ ΔΕΧΤΡΑΝΗΣ ΚΟΛΛΟΕΙΔΕΣ ΤΕΛΙΚΗ ΔΟΜΗ ΠΗΚΤΗΣ
ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΧΡΩΜΑΤΟΓΡΑΦΙΑΣ ΠΗΚΤΗΣ Οι πρωτεΐνες διαφέρουν ως προς το : Σχήμα Μέγεθος Φορτίο
2. Χρωματογραφία ανταλλαγής ιόντων Αρχή λειτουργίας : Διαχωρισμός βιομορίων με βάση τις ηλεκτροστατικές δυνάμεις που αναπτύσσονται μεταξύ φορτισμένων ομάδων της στάσιμης φάσης (ιοντοανταλλάκτης) και αντίθετα φορτισμένων ομάδων των βιομορίων στην κινητή φάση (διάλυμα) Επηρεάζεται από το : ph Ιοντική ισχύ Φύση βιομορίων Είδη ιοντοανταλλακτικών ουσιών : α. Ιοντοανταλλακτικές ρητίνες Πολυμερή αδιάλυτα στο νερό περιέχοντα φορτισμένες ομάδες : Ανιοντικές ομάδες : RH + Κατιοντικές ομάδες : ROH - β. Ιοντοανταλλακτικές κυτταρίνες Ανιοντικές και Κατιοντικές κυτταρίνες γ. Άλλες Ιοντοανταλλακτικές ουσίες (Sephrose, DEAE, κ.ά.)
Τρόπος ιοντοανταλλακτικού διαχωρισμού βιομορίων Θετικά ή αρνητικά φορτισμένα μόρια πρωτεϊνών (ενζύμων) όταν βρεθούν σε διάλυμα ηλεκτρολύτη με (+) και (-) φορτία : ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ ΣΕ ΡΥΘΜΙΣΤΙΚΟ ΔΙΑΛΥΜΑ ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ
Τι θα συμβεί όταν θετικά φορτισμένες πρωτεΐνες σε ρυθμιστικό διάλυμα περάσουν μέσα από κατιοντική στήλη ROH - ;
Πως θα αφαιρεθούν οι πρωτεΐνες από τη στήλη ; Υπάρχουν 2 τρόποι : 1. Επίδραση ph στην ιοντοανταλλαγή α. Έκλουση όξινης πρωτεΐνης από κατιοντική στήλη Ελάττωση ph (προσθήκη ρυθμιστικού διαλύματος χαμηλού ph) β. Έκλουση βασικής πρωτεΐνης από ανιοντική στήλη ; Με παρόμοιο τρόπο
2. Επίδραση ιοντικής ισχύος Προσθήκη άλατος (NaCl Na + + Cl - ) βαθμιδωτά
3. Υδρόφοβη χρωματογραφία Αρχή : Αντίδραση μεταξύ υδρόφοβων ομάδων του φορέα (ακίνητη φάση) και υδρόφοβων ομάδων των βιομορίων (κινητή φάση). Αρυλικά ή αλκυλικά τμήματα του φορέα εισχωρούν μέσα σε υδρόφοβους θύλακες του βιομόριου δημιουργώντας μια πολυσημειακή πρόσδεση Υλικά : Αλκυλιωμένη αγαρόζη είναι ο σπουδαιότερος υδρόφοβυς φορέας Λειτουργία : Προσρόφηση τους σε χαμηλή ιοντική συγκέντρωση Επιλεκτική αποσύνδεση τους από το φορέα με έκλουση σε υψηλή ιοντική συγκέντρωση
4. Χρωματογραφία συγγένειας Αρχή : Ομοιοπολική σύνδεση βιομορίου και μίας ακινητοποιημένης ουσίας στη στάσιμη φάση (αγαρόζη) που ονομάζεται σύνδεμα Υλικά : Το σύνδεμα δένεται ομοιοπολικά στην αγαρόζη με ακινητοποίηση Λειτουργία : Βιομόριο Σύνδεμα Αγαρόζη Έκλουση του βιομορίου με διάλυμα που περιέχει ελεύθερο το σύνδεμα Απελευθέρωση του βιομορίου από το σύνδεμα με χημικούς ή μηχανικούς τρόπους
5. Υγρή χρωματογραφία υψηλής διαχωριστικής ικανότητας (HPLC) (FPLC) Αρχή : Μεγάλη διαχωριστική ικανότητα λόγω του πολύ μικρού μεγέθους των τεμαχιδίων (5-10 nm) του χρωματογραφικού υλικού που έχουν το 1/10 της διαμέτρου των τεμαχιδίων της πηκτής και αντέχουν στις δυνάμεις παραμόρφωσης Υλικά : Παράγωγα του διοξειδίου του πυριτίου, κ.ά. Λειτουργία : Διαχωρισμός βιομορίων με βάση το : Μέγεθος του μορίου Φορτίο του μορίου
Χρησιμοποιείται ηλεκτρική ενέργεια για το διαχωρισμό βιομορίων Υπάρχουν 2 μέθοδοι : Ηλεκτροφόρηση Μαγνητικός διαχωρισμός 1. Ηλεκτροφόρηση Διαχωρισμός μορίων μέσα από ηλεκτροφορετικό υλικό με βάση το : Φορτίο του μορίου Μέγεθος του μορίου Η κίνηση των μορίων προς το (+) ή (-) πόλο είναι συνάρτηση του καθαρού φορτίου του μορίου και του ph του περιβάλλοντος του Ηλεκτροφορετικό υλικό (πηκτή) Δείγμα Κάθοδος (+) (-) Ρυθμιστικό διάλυμα + Άνοδος
Όταν το ph του διαλύματος είναι ίσο με το PI (ισοηλεκτρικό σημείο) του βιομορίου τότε αυτό δεν έχει φορτίο και δεν μετακινείται Όταν το ph του διαλύματος του γίνει μικρότερο από το PI του του βιομορίου τότε αυτό φορτίζεται θετικά και κινείται προς την κάθοδο. Σε αντίθετη περίπτωση κινείται προς την άνοδο Συνδυασμός ηλεκτρικού πεδίου και ηλεκτροφορετικού υλικού (πηκτή, ακρυλαμίδια, κ.ά.) διαχωρίζει τα βιομόρια ανάλογα με το φορτίο και το μέγεθος του μορίου Η ηλεκτροφόρηση ζώνης είναι η πιο διαδεδομένη τεχνική Η ηλεκτροφόρηση βρίσκει μεγάλη εφαρμογή κυρίως στη βασική έρευνα (πρωτεϊνες, DNA, κλπ.) Μίγμα βιομορίων Βιομόρια
2. Ηλεκτρομαγνητικός διαχωρισμός Εφαρμόζεται με τη χρήση συσκευών που παράγουν ισχυρά μαγνητικά πεδία Ουσίες εισαγόμενες σε ισχυρό μαγνητικό πεδίο αναπτύσσουν δίπολο Σε μαγνητικά πεδία που παρουσιάζουν διαβάθμιση το δίπολο είναι φορτισμένο ανισομερώς με αποτέλεσμα η δύναμη που ασκείται στο ένα άκρο του να είναι μεγαλύτερη του άλλου άκρου και το βιομόριο να κινείται προς τη μαγνητική πηγή Η τεχνική αυτή χρησιμοποιείται για το διαχωρισμό μαγνητικών από μη-μαγνητικά σωματίδια Στην περίπτωση μη-μαγνητικών βιολογικών μορίων προστίθεται θρομβωτικές ουσίες μαζί με μαγνητικά σωματίδια. Τα σχηματιζόμενα νηματίδια (βιομόρια και μαγνητικά σωματίδια) διαχωρίζονται εύκολα σε συμβατικά ηλεκτρομαγνητικά πεδία Χρησιμοποιείται για την αφαίρεση από αιωρήματα βακτηριακών κυττάρων, ιών, κ.λ.π.
Χρησιμοποιείται θερμότητα ως πηγή ενέργειας για τη συγκέντρωση και αφυδάτωση των βιοτεχνολογικών προϊόντων Γίνεται με 3 μεθόδους : 1. Απόσταξη 2. Εξάτμιση 3. Ξήρανση 1. Απόσταξη Διεργασία διαχωρισμού ρευστών ουσιών με βάση διαφορές τους στο σημείο ζέσεως στα πλαίσια σειράς βημάτων ατμοποίησης και συμπύκνωσης (κλασματική απόσταξη) 2. Εξάτμιση Διεργασία μετάβασης από την υγρή στην αέρια φάση 3. Ξήρανση Διεργασία ελάττωσης της περιεκτικότητας ρευστού σε σύστημα βιομορίων
Εξάτμιση Επιλέγονται συσκευές με μικρούς χρόνους παραμονής των βιομορίων λόγω ευαισθησίας τους στη θερμότητα 1. Συμπυκνωτής κατερχόμενης λεπτής στιβάδος Παράλληλη κίνηση ατμού και ρευστού Μικρή διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ ρευστού και θερμαινόμενης επιφάνειας Μικροί χρόνοι παραμονής (< 1min) Συμπύκνωση παχύρρευστων ουσιών Δεν επεξεργάζονται αιωρήματα
2. Συμπυκνωτής ωθούμενης λεπτής στιβάδος Υδρατμοί Η λεπτή στιβάδα του προς συμπύκνωση ρευστού δημιουργείται μηχανικά με περιστρεφόμενες λεπίδες Δημιουργείται υψηλή τυρβώδης κίνηση του ρευστού η οποία διευκολύνει τη μεταφορά θερμότητα Είναι κατάλληλοι και για τη συμπύκνωση παχύρρευστων υγρών και σε μερικές περιπτώσεις για επεξεργασία μέχρι πλήρους ξήρανσης Οι χρόνοι παραμονής του προϊόντος στο συμπυκνωτή είναι από μερικά δευτερόλεπτα μέχρι μερικά λεπτά Τροφοδοσία Τυρβώδης ροή Ατμός Περιστρεφόμενες λεπίδες Συμπύκνωμα ατμών Συμπυκνωμένο προϊόν
3. Φυγοκεντρικός συμπυκνωτής ωθούμενης λεπτής στιβάδος Η εξάτμιση γίνεται πάνω σε κωνικές επιφάνειες ή δίσκους όπου η κίνηση του ρευστού γίνεται με τη φυγόκεντρο δύναμη που αναπτύσσεται από περιστρεφόμενα τύμπανα Η παραμονή του προς συμπύκνωση ρευστού είναι μερικά δευτερόλεπτα με αποτέλεσμα θερμοευαίσθητα βιομόρια να συμπυκνώνονται κάτω από ήπια θερμοκρασία Συμπυκνωμένο προϊόν Τροφοδοσία Ατμός Συμπύκνωμα ατμού Ατμός
Ξήρανση Τελευταίο στάδιο ανάκτησης Διεργασία ελάττωσης της περιεκτικότητας σε νερό ή διαλύτη διαλύματος βιομορίων Λόγω θερμοευαισθησίας των βιομορίων πρέπει να γίνει επιλογή : Μεθόδων ξήρανσης (ήπιες θερμοκρασίες) Συσκευών ξήρανσης (χρησιμοποιούν χαμηλές θερμοκρασίες) Συσκευές 1. Ξηραντήρες επαφής Η ξήρανση γίνεται με τη βοήθεια κινητών μηχανικών στρωμάτων στα οποία η κίνηση των προς ξήρανση ουσιών γίνεται περιστροφικά και είναι συνήθως διαλείποντος έργου Πλεονεκτούν των απλών ξηραντικών θαλάμων επειδή η ξήρανση γίνεται περισσότερο ομοιόμορφα, δίδουν μεγαλύτερες αποδόσεις και είναι δυνατή η εφαρμογή μεθόδων αυτοματισμού
2. Ξηραντήρες μεταφοράς θερμότητας Η ξήρανση επηρεάζεται από τη ροή του αέρα με αποτέλεσμα την ξήρανση ουσιών σε μεγάλες ποσότητες και γρήγορο ρυθμό. Οι πιο σπουδαίοι ξηραντήρες είναι οι εξής : α. Ξηραντήρες ψεκασμού Οι ουσίες εισάγονται ως συμπυκνωμένο διαλύματα ή αιώρημα Εξαιρετικά μικρά σωματίδια δημιουργούνται στο στόμιο ακροφύσιων ή περιστρεφόμενων ψεκαστήρων που διασπείρονται σε ρεύμα θερμού αέρα 150 200 o C Η ταχεία εξάτμιση ελαττώνει τη θερμική καταστροφή ευαίσθητων βιομόριων και μικραίνει το βαθμό των ζημιών Χρησιμοποιούνται για την ξήρανση αντιβιοτικών, ενζύμων, μικροβιακής πρωτεϊνης, κ.ά.
β. Ξηραντήρες κατάψυξης υπό κενό (λυοφιλιτές) Η λειτουργία τους στηρίζεται στην εξάχνωση του νερού που απαιτεί περίπου 2,800 KJ / g νερού Η ενέργεια αυτή μεταφέρεται από το εξωτερικό περιβάλλον στη ζώνη εξάχνωσης με μεταφορά θερμότητας Πίεση όχι μικρότερη από 10-2 bar Εφαρμογές σε πολύ ευαίσθητα βιοπροϊόντα (φάρμακα, ένζυμα, κ.ά.) Δείγματα προς ξήρανση