CS210227B1 - Spňsob purifikačnej koncentrácie - Google Patents

Description

Predmetom vynálezu je spftsob purifikačnej koncentrácie proteinových roztokov konti-nuálnym mebránovým procesom, selektívne oddelujúcim látky o molekulovéj hmotnosti pod10 000, při nízkéj spotrebe energie, za nezvýšenoj teploty a toaj z roztokov kalných bezzanášania pórov polopriepustných membrán suspendovanými zložkami při mechanickej a hygie-nickej 1’ahkej údržbě zariadenl.

DosiaT známe koncentračně alebo frakcionačné membránové procesy sa mohli spolahlivopoužit’ prakticky len pri zriedených a dokonale čirých roztokoch. Příčinou toho je, že namembránovom rozhráni dochádza ku koncentračným změnám, ktoré vyvolávajú jednak pokles ka-pacity, teda znižovanie rýchlosti priepustnosti, jednak pri roztokoch s obsahom suspendo-vaných látok dochádza k zanášaniu porov v mikroštruktúre membrán. Tento úkaz spésobujetvorenie sa takzvanej polarizačnej mikrovrstvv, ktorú je možné ovládat’ len zvyšováním obe-hovej rýchlosti spracovávaného roztoku nad membránou, čo pri dosial známých spósoboch nieje v dostatočnej a spoTahlivej formě vyvinuté a tak nie je možné vystupňovat’ v jedinomzariadení podstatné a ovládatelné zvýšenie koncentrácie bez zníženia skutočnej výkonnosti.Tak spravidla radikálně klesá kapacita dosial známých spósobov membránovej koncentráciev závislosti na době trvania procesu a dochádza k podstatné zvýšenej spotrebe energiev priebehu koncentračného procesu. Akonáhle dftjde k zníženiu priepustnosti membránovýchpórov suspendovanými látkami alebo stopovými množstvami tukov zo spracovávaných roztokov,nie je regenerácia semipermeability membrán opakovatelné možná, čo ďalej zvyšuje prevádz-kové náklady u dosial známých membránových purifikačných a koncentračných procesov.

Tieto nedostatky doterajších spósobov odstraňuje spňsob podlá tohto vynalezu, ktorýspočívá v doskovitom usporiadaní semipermeabilných membrán, pí. povrchu ktorých prúdi pu-rifikovaný roztok vo vrstvě o hrúbke nepresahujúcej 0,001 m rýchlosťou nad 0,6 m za se-kundu v toku o Reynoldsovom čísle nad 1 000 pri vstupnom tlaku roztoku 0,25 - 0,50 MPa.

Tu je nutné použit’ membrány o takej selektivnosti, pri ktorpj dochádza k prepúšťaniu lá-tok s molekulovou hmotnosťou pod 10 000. Ďalšou podmienkou tu je, že teplota purifikova-ného roztoku sa musí pohybovat’ v rozpati 5 - 35 °C a reakcia purifikovaného prostrediamusí mať s ohladom na přítomné proteinové látky hodnotu pH 3-7. Purifikovaný roztoks výstupným tlakom z membránového zariadenia 0,02 až 0,10 MPa recirkuluje spát’ po zvýše-ní tlaku na uvedený vstupný tlak s novým prídavkom póvodného roztoku v množstvo rovňomodseparpvanému množstvu, Dóležité je ďalej, aby v doskovito zloženom membránovom zariadení prúdil purifikova-ný roztok v jedinej dráhe toku a aby tu dochádzalo k zmené směru prúdu toku z jednej mem-brány do nasledujúcej a samotná dížka úhrnnej dialky toku bola 5 - 50 m. Potom je možnéspracovávať aj proteinové roztoky s obsahom zákalových a suspendovaných látok, pretože tunedochádza k porušeniu mikroštruktúry membrán. S výhodou je teda účelné rovnoběžné usporiadanie membrán do zvislého systému v tesnomzvázku, kde prúdi purifikovaný roztok z konca membrány na začiatok druhéj membrány a měnítak směr svojho toku do protisměru. 2

Pretože kontinuálny systém je tu usporiadaný tak, že sa póvodný roztok dostává namembránová purifikáciu v takom množstve, ktoré objemovo zodpovedá odseparovanému podielu,stává sa súčet objemov nad membránou skutečným koncentračným priestorom. Potom, akonáhlesa docieli požadovaný stupeň koncentračno - purifikačného procesu, je priamo možné z kon-tinuálně prebiehajúceho okruhu odvádzať koncentrovaný podiel a do systému dodávat’ rovnakémnožstvo póvodného roztoku. Za takýchto podmienok je mimoriadne významné, aby oběhové po-měry plné zodpovedali uvedenému tlakovému spádu, hrúbka vrstiev nad membránami a dížkaobežnej dráhy boli v uvedených hraniciach dodržané. Táto okolnost’ je tiež příčinou toho, že spotřeba energie je tu mimoriadne malá a naodseparovanie 1 000 litrov vody činí spravidla len 10 kWh.

Pri proteinových roztokoch je prirodzene mimoriadne dóležité, aby bolo lahké dodr-žiavať spolahlivú, hygienická čistotu pri každom spracovatelskom procese. Výhodou dosko-vito usporiadaných membrán je právě lahko splnitelná táto podmienka, pretože je tu bezvýměny membrán možná rýchla mechanická a hygienická údržba. V prlpadoch, kde ide o proteinové roztoky o nízkej koncentrácii a množstvo oddělova-ného koncentrovaného podielu je v porovnaní s odseparovanou vodou poměrně malé, móže do-chádzať k postupnému miernemu zvyšovaniu teploty cirkulujúceho roztoku. Potom je účelnézařadit’ chladiaci člen do cirkulačného okruhu. Příklad k 100 dielov roztoku obsahujúceho bakteriálně amylázy o enzymatickej aktivitě 100 až150 DA/g, získaného submerznou fermentáciou s Bacillom subtilis sa bez čírenia alebo fil-trácie purifikačne koncentruje na membránovom zariadení tak, že tento enzymatický surovýsubstrát prúdi nad semipermeabilnými membránami rýchlosťou 0,8 m za sekundu štrbinouv šírke 0,0009 m pri hodnotě Reynoldsovho čísla toku Re = 1 200 pod tlakom na vstupe0,4 MPa a na výstupe 0,025 MPa úhrnnou dráhou toku v dížke 15 m. Cez membránu prechádza-jú znečisťujúce látky vo vodnom roztoku s molekulovou hmotnosťou nižšou ako 10 000, pře-vážné látky minerálně a zbytkové sacharidické látky. Cez membrány takto přejde 95 dielovz purifikačne koncentrovaného roztoku a v skoncentrovaných 5 dieloch stúpne enzymatickáaktivita na hodnotu 2 000 - 3 000 DA/g. Spotřeba energie na purifikačnú koncentráciu su-rového roztoku amyláz týmto spósobom je 9,8 kWh na 1000 kg odseparovaného, enzymatickejaktivity prostého odpadajúceho roztoku. Příklad 2 100 dielov odpadovej škrobárenskej vody obsahujúcej 1,6 % rozpuštěných bielkovín sapurifikačne zahušťuje na membránovom zariadení tak, že voda prúdi nad semipermeabilnýmimembránami štrbinou o šírke 0,001 m rýchlosťou 1,1 m za sekundu pri hodnotě Reynoldsovhočísle Re = 1 100 pod tlakom na vstupe 0,3 MPa a na výstupe 0,05 MPa úhrnnou dráhou tokuv dížke 25 m. Cez membrány prechádza vodný roztok látok s molekulovou hmotnosťou nižšouáfeó 10 000 prevžilne minerAlnej povahy v množstve 91 dielov, čo je podiel skutočnej odpa-

Claims (1)

1. 3 dověj vody. Purifikačne zahuštěný podiel činí 9 dielov, obsahujúci 17,6 % bielkovín. P r i k 1 a d 3' 15 dielov srvátky, obsahujúcej 0,6 % bielkovín, 4,8 % laktózy a 0,45 % minerálnychlátok sa purifikačne koncentruje membránovým procesem tak, že srvátka prúdi nad semiper-meabilnými membránami štrbinou o šírke 0,001 m rýchlosťou 0,9 m za sekundu pri hodnotěReynoldsovho čísla Re = 0 050 pod tlakom na vstupe 0,5 MPa a na výstupe 0,08 MPa uhrnnoudráhou toku v dížke 30 m. Cez membrány prechádzajú vovodnom roztoku látky minerálně alaktoza v úhrnnom množstvo 95 dielov. Bielkovinový koncentrát v množstva 5 dielov obsahu-je 12 % bielkovín. Spotřeba energie na purifikačnú koncentráciu týmto spósobom činí8,0 kWh na 1 tonu srvátky. Spósob purifikačnej koncentrácie podlá tohto vynálezu, nakolko prebieha za normálnejteploty a bez fázovej změny, nespfisobuje žiadnu degradáciu proteinových látok, čo napří-klad pri koncentrácii enzymatických roztokov znamená úplné zachovanié enzymatickej akti-vity. Spotřeba energie je ďalej velmi malá a tak sú aj prevádzkové náklady priaznivé. Ďa- lej je možná fahká údržba vzhladom na mechanickú a hygienickú čistotu v priebehu spraco-vávania rozmanitých proteinových roztokov. Investičně náklady sú tiež podstatné nižšieako pri iných spósoboch a je tu možné priame spracovanie proteinové látky obsahujúcichsurovin alebo polotovarov bez potřeby čírenia alebo filtrácie, protože tu nedochádzak hromadeniu lubovoíných suspendovaných látok na membránovom rozhraní. PREDMET VYNÁLEZU Spósob purifikačnej koncentrácie proteinových vodných roztokov membránovým procesomvyznačujúci sa tým, že v doskovite zloženom zariadení prúdi purifikovaný roztok vo vrstvěo najvttčšej hrúbke 0,001 m rýchlosťou nad 0,6 m za sekundu v toku o hodnotě Reynoldsovhočísla nad Re = 1000 pri vstupnom tlaku roztoku 0,25 až 0,50 MPa po polopriepustnej mem-bráně selektívne prepúšťajúcej látky s molekulárnou hmotnosťou pod 10 000 pri tepleteroztoku 5 až 35 °C a hodnotě pH 3 až 7, s výstupným tlakom 0,025 až 0,10 MPa a recirku-luje spfiť s přídavkem póvodného roztoku v množstvo od separovaného množstva s rovnakýmvstupným tlakom a dížka úhrnnej dráhy toku činí 5 až 50 m. MTZ O 21 R