Получение ферментов центрифугированием

Процесс отделения ферментов обязательно включает в себя отделение твердой фракции от жидкости. Это связанно с выделением клеток из так называемой культуральной жидкости. При этом удаляются клеточные остатки, адсорбируется белок, собирается осадок, что дает возможность получить ферменты высокой степени очистки. Ультрацентрифугирование отделяет содержащиеся в растворе макромолекулы, что является еще одним обязательным этапом ферментации.

Центрифуга для выделения ферментов

Методы сигма-анализа

Седиментация частиц при помощи гравитационного поля может вызывать определенные трудности, проистекающие из недостаточного понимания процессов сепарирования. Чтобы добиться максимальной эффективности, необходимо добиться как можно большей разности в плотностях твердых частиц и жидкости при снижении ее вязкости. Центрифугирование будет более проходить быстрее и эффективнее, если увеличить угловую скорость и радиус движения барабана, что позволяет уменьшить слой разделяемой жидкости. Но биологические частицы имеют малые линейные размеры и плотность, сопоставимую с параметрами жидкости.

В лабораторных условиях качественной ферментации можно добиться только применением центрифуг, оснащенных барабанами, вращающимися с повышенной угловой скоростью. Линейка таких приборов входит в модельный ряд настольных лабораторных центрифуг Centurion Scientific. Работая относительно подачи рабочей суспензии периодически, такие аппараты способны эффективно разделять жидкость и твердую фракцию.

Применяя промышленные центрифуги невозможно добиться нужного эффекта за счет большего радиуса вращения, поскольку увеличение механической нагрузки на конструкцию прямо пропорционально зависит от квадрата радиуса барабана. По этой причине увеличение радиуса барабана, приводит к тому, что центрифуга становится опасной в эксплуатации.

Правила безопасной эксплуатации при непрерывном пропускании разделяемой жидкости через барабан накладывает определенные ограничения на величину развиваемой при работе угловой скорости. Трудности в эксплуатации возникают и при выгрузке полученного осадка непосредственно во время центрифугирования, поскольку нарушается баланс устройства, что может привести к его выходу из строя. Поэтому был разработан модельный ряд центрифуг, специально разработанных для работы с биологическим материалом. При этом лишь некоторые из них могут использоваться для выделения чистых ферментов, поскольку биологическая система жидкость-твердое тело предъявляет особенно высокие требования к оборудованию. Сепарация одноклеточных организмов и других клеток, а также разных осадков биологического типа осуществляется центрифугами трубчатой, многокамерной или дисковой конструкции. Кроме того, используются устройства со спиральной конструкцией, жесткой корзиной или ультрацентрифуги.

Центрифуги, оснащенные трубчатыми роторами

Оборудование этого типа использует цилиндрические роторы, подвешенные к турбине или электромотору посредством гибкого вала. Такое конструктивное решение существенно уменьшает нагрев ротора по сравнению с центрифугами, у которых привод расположен снизу. На валу устанавливаются подшипники из мягких сплавов, как правило, используется латунь. Если предполагается работа со средами, содержащими активные вещества, такие как сульфат аммония, наблюдается их загрязнение медью. В небольших центрифугах, в качестве альтернативы используют подшипники из сплава Вуда. При их ослаблении даже разбалансированный ротор возвращается в исходное положение, тем самым, гарантируя максимально возможную частоту вращения. Лабораторные центрифуги могут работать при частоте вращения 50 тыс. оборотов в минуту, развивая усилие 62,5 тыс. g.

Центрифуга с трубчатым ротором

Применение таких центрифуг позволяет эффективно обрабатывать суспензии с различными типами клеточных тканей, как животного, так и растительного происхождения. С их помощью хорошо осветляются белковые адсорбенты и обезвоживается твердый осадок. Лабораторные центрифуги данного типа хорошо справляются с задачей по отделению белковых фракций от жидкости, после ее осаждения солью или полимером. В этом они похожи на модели с качающимся ротором, такие как, например, стоматологические центрифуги PrO-PRP.

К недостаткам центрифуг с трубчатыми роторами можно отнести снижение эффективности при высокой плотности жидкости. При монтаже промышленных образцов необходимо предусмотреть наличие кожуха, который будет препятствовать распространению аэрозоля, возникающего при центрифугировании, поскольку он может быть токсичен.

Для ускорения процесса получения осадка целесообразно применять пластиковые гильзы, что позволяет не извлекать из центрифуги весь ротор. Но их применение уменьшает количество отделяемого твердого осадка. Одновременно при введении суспензии вовнутрь центрифуги, по причине высокого значения ускорения, высока вероятность дезагрегирования находящихся в ней фракций, что тоже снижает эффективность работы. После выключения центрифуги жидкость выводится через штуцер на дне устройства, что приводит к потере некоторой части твердой фракции.

Центрифуги многокамерной конструкции

Этот тип центрифуг представляет собой эффективную альтернативу оборудования с ротором повышенного объема. В многокамерной центрифуге рабочие камеры распложены концентрически как внутри, так и снаружи барабана, соединенного с ротором. Такой ротор жестко монтируется на дне устройства при помощи специального подшипника, что не дет развивать повышенную частоту вращения устройства. Подаваемая через верхнее отверстие жидкость зигзагообразно движется по ротору и удаляется специальным насосом центробежного действия. При этом твердая фракция осаживается в каждой из камер. При этом, частицы, не задержавшиеся во внутренних камерах, улавливаются во внешних. Чтобы добиться высокой степени обезвоживания, а значит, чистоты твердой фракции, необходимо полностью заполнить ротор.

Многокамерная центрифуга

В различных моделях с многокамерными барабанами жидкость может выводиться после остановки движения ротора и выводиться через специальное отверстие или отделяться от осадка при помощи сифонирования. Этот тип центрифуг отлично подходит для использования в нестандартных ситуациях, так размер ротора можно подобрать в зависимости от количества получаемого материала. Данные центрифуги довольно сложны в эксплуатации, поскольку осадок соскабливается с камер без разборки устройства. Охлаждение центрифуги при работе осуществляется холодной водой, но при этом возникают проблемы с охлаждением насоса, откачивающего жидкость.

Вернуться к списку