Extractia in Sisteme Apoase Bifazice
-
Author
dianadiandiana -
Category
Documents
-
view
50 -
download
2
Embed Size (px)
description
Transcript of Extractia in Sisteme Apoase Bifazice
-
EXTRACIA N SISTEME
APOASE BIFAZICE
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 2
Extracia cu solveni organici - limitat la extracia unor componente biologice cu structur simpl i stabilitate relativ ridicat.
Moleculele de natur proteic: polare, solubilitate n solveni organici nepolari redus.
Solvenii organici pot provoca denaturri ale substanelor proteice n timpul extraciei.
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 3
Pentru separarea din faza apoas a proteinelor prin extracie lichid lichid, este necesar un solvent care: s aib capacitate mare de solubilizare pentru
proteine, s nu denatureze proteinele, s produc o tensiune interfacial sczut.
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 4
Solventul care corespunde cel mai bine acestor deziderate este chiar APA,
Problema: de a gsi lacuna de miscibilitate: zona n care un
sistem apos devine eterogen, aprnd dou faze nemiscibile ntre ele.
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 5
Formarea sistemelor apoase bifazice
Obtinerea sistemele apoase bifazice (SAB) se bazeaz pe: incompatibilitatea a doi polimeri hidrofili
diferii la dizolvarea lor ntr-un solvent uzual cum este apa,
incompatibilitatea dintre un polimer hidrofil i o sare anorganic,
termoseparare.
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 6
Majoritatea polimerilor hidrofili, naturali sau sintetici, sunt solubili n ap.
Conc. sczute de polimeri n soluia apoas= sistem omogen.
Peste o anumit conc. a polimerilor, strict determinat i msurabil prin metode turbidimetrice, se produce separarea fazelor.
Valorile concentraiilor la care sistemul devine eterogen depind de masa molecular a polimerilor, scznd cu creterea acesteia.
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 7
Sisteme apoase bifazice COMPONENT 1
polietilenglicol (PEG)
polietilenglicol (PEG)
COMPONENT 2 dextran alcool polivinilic (PVA) polivinilpirolidona ficoll fosfat de potasiu sulfat de amoniu sulfat de magneziu sulfat de sodiu
POLIMER - POLIMER
POLIMER - SARE
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 8
Alte sisteme apoase bifazice COMPONENT 1
polipropilenglicol (PPG)
ficoll metilceluloza
COMPONENT 2 dextran alcool polivinilic (PVA) polivinilpirolidona metoxipolietilenglicol fosfat de potasiu dextran dextran hidroxipropildextran polivinilpirolidona
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 9
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 10
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 11
PE
G (%
mas
ice)
Dextran (% masice)
A
B
M
F
AFB Curba binodalaAMB ConodaF punct critic
Zona omogena
Zona bifazica
Faza usoara de compozitia pct. A
Faza grea de compozitia pct. B
Toate amestecurile eterogene obinute pentru proporii ntre concentraiile PEG i dextranului situate pe aceeai conod vor avea aceeai compoziie a fazelor, diferind doar prin volumele ocupate de aceste faze.
Toate amestecurile eterogene obinute pentru proporii ntre concentraiile PEG i dextranului situate pe aceeai conod vor avea aceeai compoziie a fazelor, diferind doar prin volumele ocupate de aceste faze.
AMBM
VV
=inf
sup
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 12
Faza usoara (compozitia pct. T)
Faza grea (compozitia pct. B)
Toate amestecurile eterogene obinute pentru proporii ntre concentraiile PEG i dextranului situate pe aceeai conod vor avea aceeai compoziie a fazelor, diferind doar prin volumele ocupate de aceste faze.
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 13
Sistemul A (apropiat de punctul critic): 5.0% PEG si 6.5% Dxin tampon fosfat la pH = 7.0, 20 C;
Sistemul B (departe de punctul critic): 6.2% PEG si 8.3% Dx, in tampon fosfat la pH = 7.0, 20 C;
initial dupa 1 minut dupa 2 minute
dupa 30 minute
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 14
Diagrame de echilibru PEG - Dextran
4 C 20 C
M
A
BF
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 15
Diagrama de echilibruPEG 4000 Fosfat de potasiu
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 16
Formarea SAB prin termoseparare Prin utilizarea detergenilor neionici cu grupri
hidrofile oxietilenice. La temp. sczute = o singur faz: lichid de
fermentaie + micelele de detergent, (detergentul interacioneaza mai ales cu proteinele hidrofobe)
La creterea temp. peste o anumit valoare (dependent de sistem), apare turbiditatea care indic apariia unei faze noi.
Aceast temperatur = punct de tulburare (cloud point). Valoarea sa depinde n special de numrul mediu al gruprilor oxietilenice din detergent.
De ex., un detergent C12EO5 are pct. tulb. la 23 25 C.
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 17
Separarea fazelor, datorat hidratrii reversibile a gruprilor polare de la extremitile moleculei formarea a 2 faze: faza mbogit n detergent; faza srcit n detergent.
Micelele sufer un proces de agregare n structuri laminate avnd proteina hidrofob ntr-o faz coacervat cu 70 80% ap.
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 18
Soluia apoas de detergent sub i peste punctul de tulburare
Protein
Micel
Detergent
Substan nedorit
Agregat protein-tensid
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 19
Mecanismul extraciei biopolimerilor in SAB
Extracia biopolimerilor = prin interaciuni de tip van der Waals ntre: molecula proteic i polimerul hidrofil; gruprile proteinelor, cu solubilizarea acestora
ntr-o anumit faz. Un sistem de extracie este proiectat a..:
proteina dorit s treac n faza superioar (PEG, de ex.),
materialul care trebuie ndeprtat, inclusiv celulele i resturile celulare, s treac n faza inferioar (sare sau dextran).
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 20
Puterea de separare a unui sistem este caracterizat de: gradul de extracie (Y) factorul de separare (F),
care sunt dependeni de: raportul volumelor fazelor (R) coeficientul de distribuie (KN).
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 21
Gradul de extracie n faza superioar este definit prin relaia:
n = numrul de moli de protein dorit n volumul fazei superioare (Vsup), respectiv inferioare (Vinf).
+
=+
=
NKVVnn
nY
11
1
sup
infinfsup
supsup
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 22
Factorul de separare: produsul dintre coeficientul de distribuie i raportul
volumelor fazelor:
Valorile Y, KN i R se influeneaz reciproc. De regul, Ysup crete la creterea lui KN la R = ct., sau la
creterea lui R la KN = ct. KN nu depinde de concentraia proteinei i (ci), atta timp
ct: concentraia ci este mult mai redus dect concentraia
polimerilor nu are loc formarea unor compleci.
inf
sup
VV
KRKF NN ==
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 23
Interdependena Ysup KN R
R =
N
N
N
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 24
exist o corelaie exponenial ntre KN i aria suprafeei (masa molecular) a proteinei i:
= factor dependent de potenialul chimic, Ai = suprafaa disponibil de interaciune, k = constanta lui Boltzmann, T = temperatura absolut (K).
TkAK iN
=ln
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 25
Astfel, celulele i resturile celulare vor prezenta, chiar la valori mici, un coeficient de distribuie tinznd spre zero ntr-o faz i spre infinit n cealalt faz, datorit valorii ridicate a suprafeei disponibile de interaciune;
Metaboliii prezint valori KN 1 Proteinele au valori KN = 0,1 10. Pe baza dependenei date de ecuaia anterioar
s-au putut izola antigenii de suprafa ai hepatitei B (avnd mase moleculare de 1.106 2.106 Da) ca vaccin produs din culturi de drojdii recombinante.
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 26
Principalii factori care influeneaz valoarea constantei de distribuie sunt: componenii care formeaz cele dou faze,
respectiv natura, concentraia i masamolecular a polimerilor,
tipul i concentraia ionilor din sistem, pH-ul, temperatura, adaosul de ali componeni (ageni haotropici,
de ex.), concentraia celulelor i a resturilor celulare
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 27
Solubilizarea proteinelor este dictat de hidrofobicitatea polimerilor existeni n soluia apoas, aceasta crescand n ordinea:
dextran sulfat < carboxi-metildextran < dextran < hidroxi-propildextran < metilceluloz < alcool polivinilic < polietilenglicol < polipropilenglicol
Hidrofobicitatea unui polimer este cu att mai mare cu ct masa sa molecular este mai mare.
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 28
Datorit migrrii ionilor din fazele apoase se stabilete un potenial electric de o parte i de alta a interfeei de separare, acesta influennd hotrtor distribuia macromoleculelor cu sarcin electric (proteine, acizi nucleici).
O modificare minor a: concentraiei sau triei ionicepoate conduce la modificri majore ale coeficientului de distribuie:
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 29
Concentraie K3PO4 [% masice]
KN
Log KN
Concentraie NaCl [% masice]
L-2-hidroxiizocaproat dehidrogenazaD-lactat dehidrogenaza
- amilazaimpuriti
a b
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 30
Concentraia proteinelor nu manifest nici un efect asupra repartiiei acestora ntre cele dou faze doar n domeniul concentraiilor foarte reduse (sub 1 g/L), aceast limit depinznd de tipul proteinei.
Valoarea pH-ului controleaz disocierea gruprilor ionizabile ale proteinelor i, implicit distribuia acestora ntre cele dou faze.
Odat cu variaia pH-ului se produc modificri n disocierea ionilor polivaleni (PO43-), ceea ce va afecta potenialul electric dintre faze, respectiv distribuia proteinelor.
n sistemele PEG sare, de ex., s-au constatat variaii de 2 3 ordine de mrime ale KN pentru intervale nguste de pH.
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 31
Distribuia -amilazei pure n sisteme apoase bifazice PEG 4000 (10% m)
fosfat (11,5% m) n funcie de pH
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 32
Afinitatea biospecific dintre moleculele proteice i anumii liganzi (liganzi de afinitate) ataai unuia dintre polimeri poate fi utilizat pentru mbuntirea separrii.
Ca liganzi de afinitate se utilizeaz: colorani, acizi grai, glutation, ionii compleci de Cu(II)-iminodiacetat n sisteme PEG
dextran sau PEG sare, D-alanil-D-alanina n sisteme PEG 8000 dextran i
PEG 8000 K3PO4 (separarea vancomicinei)
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 33
Sensibilitatea coeficienilor de distribuie la variaia temperaturii este redus. Temperatura modific forma diagramelor de
echilibru de faze.
4 C 20 C
M
A
BF
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 34
Sensibilitatea coeficienilor de distribuie la variaia temperaturii este redus. Temperatura modific distribuia biomoleculelor, o
temperatur mai sczut conducnd la o mai bun separare a proteinelor ntre ele.
Coeficientul de distribuie al lizozimei i catalazei n diverse SAB
10,60,0680,7240
8,60,0420,3625 10,3 % Dextran 5007,65 % PEG 20000
11,20,0520,584
2,30,430,9840
2,20,210,4725 11,3 11,5 % Dextran 5007,9 % PEG 4000
3,00,220,654
26,50,0200,5340
19,40,0160,3125 10,0 % Dextran 105,6 % PEG 20000
250,0140,354
4,90,1740,8540
7,00,0630,4425 12,2 % Dextran 108,4 % PEG 4000
11,70,0460,544
SABFactor de separareKN catalazKN lizozimTemp. [C]
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 35
Proiectarea procesului de extracie n SAB Proiectarea procesului de extracie n SAB
implic: (i) stabilirea caracteristicilor moleculelor proteice
care trebuiesc separate; (ii) selectarea mai multor SAB capabile de a realiza
separarea componentului dorit; (iii) alegerea dintre acestea a sistemului de extracie
adecvat, n funcie de influena diverilor factori (natura soluiei proteice iniiale, trie ionic, pH, temperatur etc);
(iv) stabilirea schemei de flux a procesului de extracie necesare pentru obinerea puritii dorite, n condiiile eliminrii compuilor cu activitate concurent (enzime care pot transforma un substrat ntr-un mod nedorit, de ex.).
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 36
Un component oarecare i din soluia iniial va trece n faza superioar sau n cea inferioar, dup cum coeficientul de distribuie KN,i este supraunitar sau subunitar.
Dac KN,i 3, compusul i poate fi extras ntr-o singur treapt.
Cnd KN,i este sczut, gradul de extracie n una din faze poate fi mrit utiliznd un volum mai mare din solventul cu afinitate mai mare pentru componentul respectiv:
inf,infsup,sup
sup,sup
0,0
sup,supsup,
ii
i
i
ii CVCV
CVCVCV
Y+
=
= (4.11)
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 37
Analog:
unde: V0 volumul iniial al fazei care conine
componentul i, Ci,0 concentraia componentului i n faza
iniial.
inf,infsup,sup
inf,inf
0,0
inf,infinf,
ii
i
i
ii CVCV
CVCVCV
Y+
=
= (4.12)
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 38
Gradul maxim de recuperare al componentului i n fiecare faz ntr-o unitate teoretic de extracie, rezult din ecuaiile (4.11) i (4.12), mprind att numrtorul ct i numitorul fraciei cu Ci,sup, respectiv cu Ci,inf:
inf,sup
infmaxinf,
,
infsup
supmaxsup, )( )( VKV
VY
KVV
VY
iNi
iN
i +=
+=
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 39
Schema general a procesului de extracie selectiva moleculelor proteice din lichidul intracelular
celuledistruse
PEG
Dextransausare
sare
Faza inferioar:- fragmente celulare- proteine- acizi nucleici- polizaharide
Faza superioar:- produs- proteine
impurificatoare
Faza superioar:- PEG- proteine
impurificatoare
Faza inferioar:- produs
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 40
Izolarea i purificarea enzimelor cu SAB
66203L-Hidroxi-izocaproatdehidrogenaz
911,92Lactobacillus confususD-Lactatdehidrogenaz
703,84Candida boidiniiFormiatdehidrogenaz
892,42Bacillus cereusLeucindehidrogenaz
873,12Bacillus sphaericusLeucindehidrogenaz
83333Bacillus megateriumGlucozdehidrogenaz75123Penicilinacilaz
82183E. coliAspartaz
70222Brevibacterium ammoniagenesFumaraz
862,51StreptomycesGlucozizomeraz
706,34Klebsiela pneumoniaePullulanaz
Grad de extracie global [%]
Factor de purificare
global
Numr de etapeOrganismulEnzima
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 41
Biomolecule purificate la scar industrial prin extracie n SAB
Proteine din zerIzoleucil-tRNAsintetazFormaldehiddehidrogenaz
Hibrid protein stafilococal A -galactozidaz
D-2-Hidroxi-izocaproatdehidrogenazCromatofori
FosforilazHexakinaza/b Proteine clorofilieneFosfolipaz-GlucozidazAspartat -decarboxilaz
FosfofructokinazGlucoz-6-fosfatdehidrogenaz-Amilaz
NADkinaz-GalactozidazAlcooldehidrogenazIzopropanoldehidrogenazFormiatdehidrogenazAcil-arilamidz
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 42
Extracia n SAB utilizeaz acelei principii ca i extracia fizic L L clasic.
Se pot utiliza aceleai echipamente pentru amestecarea i separarea fazelor.
Diferena rezid n proprietile diferite ale SAB n comparaie cu cele ale sistemelor clasice (faz apoas faz organic) ntlnite n extracia fizic L L, cea mai notabil diferen fiind tensiunea interfacial extraordinar de sczut:
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 43
Proprieti fizice ale SAB
1,25-2,112108516 % PEG 4000, 13 % fosfat
-4,020002,710467 % PEG 4000, 1,25 % dextran brut
-3,4943,010109 % PEG 4000, 2 % dextran T-500
[mN/m]
disp[mPa.s]
inf[mPa.s]
sup[mPa.s]
[kg/m3]Compozitia sistemului
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 44
n aplicaiile la scar mare, cele mai utilizate SAB sunt: PEG dextran ap PEG sare ap,
Avantaje: aplicabilitate cvasigenerala, viscozitate acceptabila Diferena de densitate acceptabila. n plus = netoxice i biodegradabile, fiind certificate de ctre
farmacopeele din cele mai multe ri. Dezavantaj:
costul ridicat al dextranului purificat (de ordinul sutelor de dolari pe kg).
Reducerea costurilor: nlocuire cu dextran brut, dextran brut hidrolizat sau amidon
hidroxipropilic. Dextranul brut conduce la o soluie cu viscozitate mai ridicat, n
timp ce dextranul hidrolizat reduce viscozitatea soluiei.
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 45
Procesul tehnologic de extracie n SAB Purificarea proteinelor intracelulare:
dezagregarea celulelor, adugarea componenilor SAB (PEG, dextran, fosfat etc.) ajustarea pH-ului, amestecarea suspensiei pentru atingerea echilibrului de faze.
Amestecarea se poate realiza fie n vase cu agitare prevzute cuicane, fie n amestectoare statice. Necesarul de energie este sczut datorit tensiunii interfaciale reduse, iar echilibrul este atins foarte rapid, n circa 30 s, dac amestecarea asigur un regim de curgere turbulent.
separarea fazelor = gravitaional sau centrifugal. separarea centrifugal la viscozitate ridicata a sistemului,
sau n cazul diferenelor mici de densitate dintre faze. Centrifugarea are avantajul suplimentar al unor randamente
mai ridicate, la acceleraii mari antrenarea resturilor celulare este mai sczut.
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 46
Schema procesului tehnologic de extracie a proteinelor intracelulare n SAB
1
2
2 2
3
3
5
5
6
6
7 7
7 7
7
suspensiecelular
PEG + sare sare
Recirculare PEG
resturi celularei proteine produs
PEG i produsesecundare
fazainferioar
4
fazasuperioar
1 bioreactor; 2 pompe; 3 moar cu bile; 4 schimbtor de cldur; 5 amestectoare in-line; 6 separatoare centrifugale; 7 rezervoare.
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 47
Procesul tehnologic de extracie n SAB Dup separarea iniial, la faza superioar se adaug o
sare, pentru a genera un nou sistem bifazic, n care proteina de interes s se gseasc n faza inferioar.
Proteina din faza de polimer mai poate fi separat prin: centrifugare, adsorbie, ultrafiltrare, electroforez.
n procesele la scar mare, concentrarea i condiionarea produsului din faza inferioar a sistemului bifazic secundar se realizeaz prin: ultrafiltrare sau diafiltrare, faza superioar fiind
recirculat; prin cromatografie de interaciune hidrofob.
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 48
Procesul tehnologic de extracie n SAB
Extracia n SAB se realizeaz: n arje (cel mai uzual) n flux continuu (mai economic)
Exist 3 posibiliti de prel. n flux continuu: extracia n echicurent (a), extracia n contracurent (c), extracia n curent ncruciat (b).
Pentru capaciti mari de producie, extracia n contracurent ofer un randament mai ridicat, la un consum minim de chimicale.
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 49
Avantaje i dezavantaje ale modurilor de contactare n extracia continu n SAB
cel mai sczutcel mai ridicatcele mai sczuteKN sczutContracurent (c)
cel mai ridicatcel mai sczutca la echicurentKN ridicatCurent ncruciat (b)
mediumediuca la curent ncruciatKN sczutEchicurent (a)
Factor de purificareRandamentConsumuri
Potrivit pentruContactare
a b
c
( F) alimentare; (S) solvent; (E) extract; (R) rafinat.
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 50
Procesul tehnologic de extracie n SAB
Pentru o purificare avansat a biomoleculelor extrase este necesar realizarea extraciei n mai multe trepte.
Nu toate echipamentele de extracie L L sunt potrivite extraciei cu SAB, mai ales atunci cnd: proprietile celor dou faze sunt prea
asemntoare, tensiunea interfacial este prea redus.
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 51
Procesul tehnologic de extracie n SAB Pentru extracia n trepte cu SAB au fost
testate: baterii de amestectoare decantoare, coloane Khni, extractoare centrifugale Podbielniak, coloane cu pulverizare, coloane cu talere sit, coloane cu umplutur.
Toate pot fi exploatate cu succes cu luarea unor msuri de precauie mpotriva nnecrii.
Rezultate bune s-au obinut i cu extractorul Graesser n separarea -lactalbuminei din zer cu SAB PEG sare.
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 52
Extractor Graesser (actualmente RTL SA Londra)
a b
sensul normal de rotaie;sensul de rotaie la extracia n SAB.
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 53
Extractor Graesser Este format dintr-un rotor orizontal prevzut cu
cupe (de unde i denumirea de contactor n ploaie cu glei - Raining bucket contactor) care se rotete lent n interiorul unui tambur alimentat pe la extremiti cu fazele supuse extraciei.
Este singurul extractor care disperseaz att faza uoar n faza grea, ct i faza grea n faza uoar.
Pentru prevenirea nnecrii s-a redus viteza de rotaie de la 20 rot/min la 2 5 rot/min i s-a inversat sensul de rotaie al rotorului cu cupe, reducndu-se astfel i intensitatea amestecrii.
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 54
Recuperarea chimicalelor i reducerea costurilor
Pentru a reduce costurile ridicate cu reactivii i cu depozitarea deeurilor se recomand reciclarea sau recircularea materialelor auxiliare.
Recuperarea polimerilor dup extracia biomoleculelor este o etap important att la scar de laborator, ct i n instalaia industrial.
Posibilitatea de a recupera i recircula uor polimerii utilizai ar face mult mai atractiv extracia cu SAB n instalaii de mare capacitate.
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 55
Modaliti de recuperare a polimerilor i srurilor utilizate n extracia cu SAB
Din fluxurile lipsite de faz solid fosfatul poate fi recuperat prin cristalizare la 6 C.
Pentru recircularea PEG s-a propus: extracia cu cloroform, reextracia salin a proteinelor din faza bogat n PEG, cu
formarea unei soluii reciclabile de PEG liber de protein, Separarea PEG de enzimele extrase:
ultrafiltrarea, dializa, sau reinerea enzimei pe un adsorbant adecvat.
Recircularea detergenilor: extracie cu alcooli alifatici inferiori
Recuperarea srurilor: exploatarea lacunelor de miscibilitate n sistemele ternare ap
sare alcooli alifatici inferiori Recent s-a demonstrat formarea SAB n condiii normale (25 C i
presiune atmosferic) ntre PEG 2000, respectiv PEG 4000 i carbamatul de amoniu. Carbamatul fiind volatil, poate fi recuperat din sistemul de extracie i recirculat sub form de NH3 i CO2.
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 56
Solubilizare
Lichid defermentaie
Extracia proteinelor
Faza de coacervat
Extracie cu 2-metil-1-propanol
Cromatografie de schimb anionic
Purificare 160 xRandament total 80 %
Puritate analitic
Faza apoasde la extraciasecundar
Extracia primar
Extracia secundar
Omogenizatde celule PEG sare
sare
Faza inf. bogat n sare:resturi celulare, proteine,
acizi nucleiciFaza sup. bogat
n PEG: produs
Faza inf. bogat n sare: produs
Faza sup. bogat n PEG
Ultrafiltrare
Soluie de sare Concentrat:produs
Rec
ircul
are
sare
Rec
ircul
are
sare
Rec
ircul
are
PEG
Rec
ircul
are
dete
rgen
i
Schema de flux a extraciei colesteroloxidazeiutiliznd SAB bazate pe detergeni
Schema de flux a extraciei cu SAB PEG sare, cu recircularea extractanilor
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 57
Transpunerea la scar a extraciei n SAB
Unul dintre avantajele exctraciei n SAB:uurina transpunerii la scar a procesului, prin simpla cretere proporional a cantitii ingredientelor utilizate.
Echipamentele industriale de separare centrifugal existente pe pia pot fi selecionate utiliznd conceptul (vezi Centrifugarea).
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 58
Transpunerea la scar a extraciei n SAB Intre 1982 1995 au fost transpuse la scar industrial
27 de procese, marea majoritate utiliznd sisteme PEG sare, pentru separarea i purificarea: enzimelor, antigenului hepatitei B, interferonului, lactalbuminelor, lactoglobulinelor, hemoglobinei, altor proteine terapeutic active.
Scara de operare: de la 24 kg celule prelucrate / arj pn la 50 m3
material celular prelucrat / arj.
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 59
Factor de transpunere la scar
Gra
d de
sep
arar
e [%
]
Scara de 10 cm3 [%] Scara industrial [%]
Transpunerea la scar a diferitelor etape de izolare ipurificare a formiatdehidrogenazei din Candida boidinii
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 60
Aspecte economice ale extraciei n SAB Costurile recuperrii i concentrrii
biomoleculelor prin extracie n SAB depind n mod hotrtor de sistemul utilizat, de scara de operare, dar i de ali factori.
CT = costurile totale, CM = costurile cu materialele, CL = costurile cu fora de munc, CE = costurile energetice, CI = costurile de investiii, Y = gradul de extracie
YCCCCC IELMT
13,013,16,213,1 +++=
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 61
Structura costurilor de fabricaie a fumarazei din Brevibacterium ammoniagenes
Materia prima, 35.5
Materiale auxiliare, 14
Forta de munca, 13.3
Utilitati, 0.4
Aparatura de control, 33.9
Alte cheltuieli, 2.9
Fermentare, 40.1
Dezagregare, 17.2
Extractie 1, 21.5
Extractie 2, 6.6
Ultrafiltrare, 9.8
Ape reziduale, 4.8
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 62
IULMT CCCCC 6,113,16,213,1 +++=
Evaluarea costurilor n producia fumarazei din S. cerevisiae
-14-54,886,195,696,5Costuri totale1980,020,0160,0180,015Cu utilitile2800,230,140,180,14Cu investiiile
-8240,911,661,001,34Cu fora de munc
-24-431,891,412,482,48Cu materialeCont.Disc.Cont.Disc.Cont.Disc.
Modificare [%]Cu recirculareFr recirculareCosturi
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 63
CONCLUZII Extracia n SAB:
consumuri energetice sczute, investiii minime, cheltuieli mari cu fora de munc cheltuieli mari cu materialele.
Reducerea costurilor materialelor: alegerea corespunztoare a rapoartelor volumice ale fazelor, introducerea de noi SAB, perfecionarea proceselor de recuperare recirculare.
Reducerea duratei procesului: utilizarea separrii centrifugale;
obinerea unor randamente superioare, obinerea unor produse calitativ superioare, datorit absenei unei
degradri proteolitice semnificative.
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 64
Extracia n SAB - tehnologie integrativ EX: Obinerea -amilazei din Bacillus sp. prin
tehnologia convenional i prin extracia n SAB. Fa de procesul convenional:
Extracia n SAB necesit mai puine etape, Randamentul global:
80% la extracia ntr-o singur treapt 95% la extracia n dou trepte, numai 70% prin procedeul convenional.
Costurile se reduc cu: 35% la extracia ntr-o singur treapt, 50% la extracia n dou trepte.
-
Lucian Gavril Tehnici de separare si concentrare in biotehnologii 65
Fermentaie Fermentaie
Condiionare lichid de
fermentaie
Filtrare / centrifugare
Concentrare
Precipitare
Recuperareprecipitat
Solubilizareenzim
Filtrare
Decolorare
Finisare
Formularizare
BiomasBiomas
FiltratFiltratPropilenglicolPropilenglicol
Materialinsolubil
Materialinsolubil
Condiionare lichid de
fermentaie
Centrifugare
Decolorare
Finisare
Formularizare
ApSare
Biomas
ApSare
Biomas
a b
Obinerea -amilazeidin Bacillus sp.:
a procedeul convenional; b - procedeul prin extracie n SAB
Obinerea -amilazeidin Bacillus sp.:
a procedeul convenional; b - procedeul prin extracie n SAB
/ColorImageDict > /JPEG2000ColorACSImageDict > /JPEG2000ColorImageDict > /AntiAliasGrayImages false /CropGrayImages true /GrayImageMinResolution 300 /GrayImageMinResolutionPolicy /OK /DownsampleGrayImages true /GrayImageDownsampleType /Bicubic /GrayImageResolution 300 /GrayImageDepth -1 /GrayImageMinDownsampleDepth 2 /GrayImageDownsampleThreshold 1.50000 /EncodeGrayImages true /GrayImageFilter /DCTEncode /AutoFilterGrayImages true /GrayImageAutoFilterStrategy /JPEG /GrayACSImageDict > /GrayImageDict > /JPEG2000GrayACSImageDict > /JPEG2000GrayImageDict > /AntiAliasMonoImages false /CropMonoImages true /MonoImageMinResolution 1200 /MonoImageMinResolutionPolicy /OK /DownsampleMonoImages true /MonoImageDownsampleType /Bicubic /MonoImageResolution 1200 /MonoImageDepth -1 /MonoImageDownsampleThreshold 1.50000 /EncodeMonoImages true /MonoImageFilter /CCITTFaxEncode /MonoImageDict > /AllowPSXObjects false /CheckCompliance [ /None ] /PDFX1aCheck false /PDFX3Check false /PDFXCompliantPDFOnly false /PDFXNoTrimBoxError true /PDFXTrimBoxToMediaBoxOffset [ 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 ] /PDFXSetBleedBoxToMediaBox true /PDFXBleedBoxToTrimBoxOffset [ 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 ] /PDFXOutputIntentProfile () /PDFXOutputConditionIdentifier () /PDFXOutputCondition () /PDFXRegistryName () /PDFXTrapped /False
/Description > /Namespace [ (Adobe) (Common) (1.0) ] /OtherNamespaces [ > /FormElements false /GenerateStructure true /IncludeBookmarks false /IncludeHyperlinks false /IncludeInteractive false /IncludeLayers false /IncludeProfiles true /MultimediaHandling /UseObjectSettings /Namespace [ (Adobe) (CreativeSuite) (2.0) ] /PDFXOutputIntentProfileSelector /NA /PreserveEditing true /UntaggedCMYKHandling /LeaveUntagged /UntaggedRGBHandling /LeaveUntagged /UseDocumentBleed false >> ]>> setdistillerparams> setpagedevice