المحاضرة الثالثة
ثانيا: فصل الاجزاء غير الذائبة
يتم انتاج المنتجات الحيوية من المصادر المختلفة سواء من الاحياء المجهرية او من الخلايا النباتية او الحيوانية او من الخلايا المهندسة وراثيا بعملية التخمر الصناعي. فان انتاج الانزيمات او البروتينات او الفيتامينات او المضادات الحيوية من الاحياء المجهرية يتطلب استعمال الأوساط الزرعية الطبيعية او الصناعية او شبه الصناعية المناسبة للانتاج. وتحدث عملية التخمر في اوعية تعرف بالمخمرات Fermentor او المفاعلات الحيوية Bioreactor وذلك لتوفير الظروف المثلى للانتاج مثل الاس الهيدروجيني والتهوية و سرعة المزج ودرجة الحرارة والمدة اللازمة . توجد عدة انواع من التخمر هي تخمرات الحالة السائلة التي تستخدم الاوساط الزرعية السائلة لانتاج الانزيمات والفيتامينات والاحماض العضوية مثل الخل وغيرها . اما تخمرات الحالة الصلبة التي تستعمل الاوساط الزرعية الصلبة مثل المخلفات الزراعية الصلبة لانتاج الفطريات اللحمية. وبعدها يتم حصاد المنتوج حسب موقع وجوده قد يكون داخل الخلايا Intracellular او يكون خارج الخلاياُُُ Extracellular. فاذا كان المنتوج داخل الخلايا يجب تكسيرها للحصول عليه. اما اذا كان خارج الخلايا فانه يفرز للوسط الزرعي وعندئذ يسحب الوسط من المخمر وتفصل عنه الخلايا ويسعمل الراشح الذي يحتوي على المنتوج الحيوي. يمكن ان تشمل الاجزاء غير الذائبة الخلايا ومواد وسط الانتاج والمنتوج. تعد عملية فصل الاجزاء غير الذائبة من العمليات الاساسية سواء كان المنتوج داخليا او خارجيا ويمكن اجراء الفصل باحد الوسائل والتقنيات الاتية :
1- النبذ Centrifugation
2- الترشيح Filtration
1- النبذ Centrifugation
يقوم المنبذ بخلق مجال طرد مركزي من خلال الدوران حول محور ثابت تنتج عنه قوة تعرف بقوة النبذ مسلطة على جزيئات المذاب او الجزيئات المترسبة مما يزيد من سرعة ترسيبها واتجاهها الى قعر خلية الترسيب . النبذ الفائق Ultracentrifugastion: صمم Svedberg جهاز النبذ الفائق عام 1925 واستعمله في دراسة الصفات الفيزيائية للجزيئات الكبيرة Macromolecule ثم اصبح هذا الجهاز يستخدم بصورة واسعة في فصل وتنقية الجزيئات الكبيرة مثل البروتينات والاحماض النووية والكاربوهيدرات وغيرها لاغراض البحث العلمي.
تصنيف المنبذات:
أ- حسب السرعة
1- المنبذ المنضدي Bench centrifuge لاتتجاوز سرعته القصوى 5000 دورة / دقيقة
2- المنبذ عالي السرعة High speed centrifuge عادة تكون مبردة تصل السرعته القصوى إلى 21000 دورة / دقيقة .
3- المنبذ فائق السرعة Ultracentrifuge المبردة وتوجد انواع تصل سرعتها القصوى الى حوالي 100000 دورة / دقيقة.
ب- حسب طبيعة الاستخدام والسعة
1- الاستخدام المختبري : تعتمد على نبذ حجوم محدودة لا تتجاوز 3لتر
2- الاستخدام الصناعي : تعتمد على النبذ المستمر.
المنبذات الصناعية :-
1- Tubular Bowl centrifuge
من الأنواع التي تتميز بالبساطة مع إمكانية توفير قوة نبذ عالية كما يمكن تبريده مما يجعله مثاليا للمنتجات الحساسة للحرارة كالبروتينات . يتم إدخال الوسط من الأسفل إذ يزال السائل من الأعلى وتتجمع المواد الصلبة على جوانب وعاء المنبذ بهيئة عجينة سميكة القوام . يحتاج الى تنظيف الوعاء بين مدة وأخرى مما يشكل جانبا سلبيا.
2- Continuous multichamber disc-stack centrifuge
من أكثر الأنواع شيوعا في فصل المنتجات الحيوية . يتميز بامكانية التشغيل المستمر ويقوم عمله على أساس أقراص مخروطية مرتبة فوق بعضها البعض مما يقدم مساحة ترسيب كبيرة ضمن حجم صغيرة نسبيا . يدخل الوسط من فتحة مركزية في الأعلى ويتدفق السائل من فتحة محيطة بفتحة الادخال. أما المواد الصلبة فتزال بشكل وجبات او بصورة مستمرة من خلال فتحات على جانب المنبذ مما يجعلها تحتوي كمية اكبر من السائل أي أكثر رطوبة من النوع السابق.
3- Continuous scroll centrifuge
وهذا النوع يشغل بشكل افقي والدوران اللولبي للمواد الصلبة على طول سطح التجويف وخروج السوائل ويتكون الراسب الطيني sludge ويخرج الراشح الرائق من نهاية التجويف ويكون الالتفاف اللولبي بسرعة سطحية مختلفة الى التجويف.
4- Basket centrifuge
الشكل (1) يبين التصميم الأساسي للمنبذات الصناعية industrial centrifuges التي تبين جريان المواد ضمن تجاويف الاجهزة لكن المحركات و اغلفة التبريد cooling jackets واوعية جمع الراسب الطيني sludge غير مرئية.( a) Tubular bowl centrifuge وهذا النوع من المنبذات يكون التشغيل بشكل عمودي مما يوفر مسلك طويل لجريان وسط التخمر مما يساهم في الترويق. (b) Continuous scroll centrifuge وهذا النوع يشغل بشكل افقي والدوران اللولبي للمواد الصلبة على طول سطح التجويف وخروج السوائل ويتكون الراسب الطيني sludge ويخرج الراشح الرائق من نهاية التجويف ويكون الالتفاف اللولبي بسرعة سطحية مختلفة نسبة إلى التجويف. (c) Continuous multichamber disc-stack centrifuge وهذا النوع على عدد من الأقراص المتوازية التي تجهز مساحة سطحية عالية مع سمك قليل للترسيب والراسب الطيني يزال عبر المصراع .valve
|
يتميز بتركيب يجمع بين النبذ والترشيح , يتألف من سلة مثقبة تدور بسرعة عالية يدخلها الوسط على امتداد محور السلة وتتراكم المواد الصلبة على الجدران . يخرج السائل الرائق بتأثير النبذ خلال الكيك الذي يتركم على جوانب السلة ثم من الفتحات الجانبية . يتيح هذا النوع في حالة إضافة مرشح إلى عمليات غسل المواد الصلبة المتراكمة.
- الترشيح Filtration
ان الأساس النظري للترشيح يكون حسب قانون Darcy `s law الذي يربط بين سرعة الجريان للسائل خلال وسط مسامي من المواد الصلبة وانخفاض الضغط المسبب لذلك الجريان.
أنواع معدات الترشيح:
1- Plate and frame press : وهو من ابسط الأنواع يتركب من إطارات وصفائح معدنية دقيقة الفتحات او مجهزة بقماش او أوراق ترشيح تعلق بالاطارات . لا تصلح للاستخدام في حالة وجود أخطار حيوية او أبخرة سامة .
2- Horizontal plate filter : وهو مفيد في فصل الكميات الصغيرة ويتم الترشيح من على السطح العلوي لكل صفيحة بحيث تترسب البقايا وتبقى في مكانها.
3- Vertical leaf : ويتميز بكونه يشغل مساحة صغيرة جدا ولكن يتطلب ارتفاعا عموديا كبيرا لغرض إزالة الصفائح والكيك كما يتميز بمساحة لترشيح عالية نسبيا لوحدة الحجم.
4- Candle type : ويتكون من أنابيب معلقة في صفيحة داخل خزان المرشح العمودي ويتجمع الكيك على السطح الخارجي للأنابيب في حين ينساب الراشح خلالها الى الأنابيب لينفصل من أعلى المرشح . ويتم تنظيف الأنابيب بالغسل وهي في محلها.
5- Rotary vacuum filter : وهو من أكثر الأنواع شيوعا في فصل المنتجات الحيوية وخاصة في العمليات الكبيرة التي تتضمن التخلص من مواد صلبة صعبة الترشيح ( خلال انتاج المضادات الحيوية بصورة خاصة) .
تم تطوير المرشحات الصناعية إذ تعتمد المرشحات حاليا على طريقة الترشيح بتدفق صليبي cross-flow filtration للمعلق Suspension بدلا من طريقة الترشيح بشكل نهاية ميتة dead-end filtration الذي يسبب ترسيب الكيك على المرشح مما يؤدي إلى منع كفاءة التشغيل وهذه الحالة تم تجنبها باستعمال طريقة الترشيح بتدفق صليبي cross-flow filtration التي تجعل الراشح يندفع بقوة بشكل كانس مما يترك سطح غشاء المرشح نظيفا .
المعاملات التمهيدية Pretreatment :
يقصد بها المعاملات التي تسبق فصل المواد الصلبة لغرض تسهيل ورفع كفاءة عمليات النبذ او الترشيح وتشمل:
1- التسخين Heating
وهي من ابسط المعاملات واقلها كلفة وذات فائدة في تحسين خواص معاملات وسط الانتاج فضلا عن بسترته. الا ان المحدد الأساس فيها هو الثبات الحراري للمنتوج. من ابرز الأمثلة عليها في النطاق الصناعي هو المعاملة الحرارية الأولى في استرداد وتنقية حامض ألستريك والعديد من الحوامض العضوية الأخرى.
2- التخثير والتلبيد Coagulation and flocculation
تتم باضافة الكتروليتات لتكوين التكتلات والتجمعات في محلول المنتوج الخام وتستعمل لهذا الغرض عادة الحوامض والقواعد وبعض البوليمرات المخلقة مثل مشتقات البولي أمين والبولي اكرلامايد والبولي اثيلين أمين. وتتكون الرواسب بفعل التجاذب الايوني والقطبية
3- الادمصاص على مساعدات الترشيحAdsorption on filter aids
تساهم هذه المعاملة في ادمصاص المواد الغروية و أهم مشكلتين تواجهان عمليات الترشيح هما:
1- انضغاط الكتلة الحيوية المتراكمة التي تخفض النفاذية بدرجة واضحة جدا ومؤثرة.
2- دخول الدقائق الصغيرة كقطع المايسليوم او الخلايا المايكروبية في الطبقة المغلفة للمرشح وإغلاق مساماته
ومن أكثر أنواع مساعدات الترشيح فعالية هي : Diatomaceous earth وهي البقايا الهيكلية لترسبات النباتات الأولية والمطمورة لعدة قرون. كذلكPerlites وهو صخور بركانية يتم تصنيعها لتعطي مواصفات معينة تلائم ظروف الاستخدام والخشب المفروم او النشا غير الذائب وتوجد سلبيات عند استخدام مساعدات الترشيح وهي انخفاض شفافية الراشح و الارتباط اللاعكسي للمنتوج مع مساعدات الترشيح مثلا ارتباط المضادات الحيوية من مجموعة الامينوكلايكوسايدات ببعض المساعدات من نوع Diatomaceous earth.
المادة المعروضة اعلاه هي مدخل الى المحاضرة المرفوعة بواسطة استاذ(ة) المادة . وقد تبدو لك غير متكاملة . حيث يضع استاذ المادة في بعض الاحيان فقط الجزء الاول من المحاضرة من اجل الاطلاع على ما ستقوم بتحميله لاحقا . في نظام التعليم الالكتروني نوفر هذه الخدمة لكي نبقيك على اطلاع حول محتوى الملف الذي ستقوم بتحميله .