ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Влияние pH, ионной силы, компонентов культуральной из "Флокулянты в биотехнологии" Как указывалось, флокулявдя суспензий микроорганизмов — гораздо более сложный процесс, чем агрегация частиц неорганических суспензий. В отличие от последних, на взаимодействие клетка-флокулянт оказывают влияние изменяющиеся в процессе жизнедеятельности архитектура клеточной поверхности микроорганизма, а также компоненты питательной среды и образующиеся продукты клеточного метаболизма. [c.102] В ряде случаев изменение ионного состава среды и, в первую очередь, pH раствора может оказывать драматическое воздействие на свойства культуральной жидкости, в том числе на агрегативную устойчивость клеток микроорганизмов даже без добавок флокулянтов. Например, дрожжевые клетки агрегируют при снижении pH до 2,5—3,0, что используется для их отделения из культуральной жидкости [31]. Коагуляционный эффект для ряда микроорганизмов проявляется при 4,5 pH 7,5. [c.102] Изменением pH культуральной жидкости удается регулировать протекание процесса флокуляции с использованием полиэлектролитов, особенно в случае бактериальных и дрожжевых суспензий. Как следует из рис. 5.7, подкисление культуральной жидкости заметно повьппает эффективность флокуляции клеток Е.соИ поликатионитами. [c.103] Можно вьщелить две причины, оказывающие влияние на степень концентрирования при изменении pH системы. Одна из них - снижение поверхностного заряда клетки и уменьшение электростатического отталкивания, препятствующего сближению клеток. Как предельный случай проявления указанной закономерности можно рассматривать коагуляцию дрож- ЬО жей при снижении pH 4,0. Другой, не менее важный фактор связан с конфор- 0,6 -мационными изменениями макромолекулярных клубков флокулянтов, зави-. сящими от степени диссоциации функциональных групп поликатионитов. [c.103] На рис. 5.7 вьщелены три характерных участка I - при pH 3,0, в пределах которого степень диссоциации карбоксильных групп клеточной поверхности равна нулю (клетка не заряжена), а аминогруппы флокулянтов полностью диссоциированы. На II участке (3,0 рН 7,0) возрастает и достигает значения, близкого к единице, степень диссоциации а карбоксильных групп клеточной поверхности, в то время как флокулянт остается положительно заряженным (onRj I.O)- П1 участке при pH 7,0 клетки Е.соН заряжены отрицательно, а onr макромолекул поликатионитов снижается до нуля. Высокая эффективность флокулянтов в интервале pH 3,0—6,0 обусловлена высокой плотностью положительного заряда диссоциированных аминогрупп поликатионитов. Низкая флокулирующая способность флокулянтов при рН 3,0, вероятно, связана с подавлением диссоциации карбоксильных групп клеточной поверхности Е.соН и, как следствие, снижением сорбируемости поликатионитов на незаряженной или положительно заряженной поверхности клеток. [c.104] Водорастворимые продукты клеточного метаболизма полимерной природы (чаще всего белки) проявляют, как правило, свойства полиэлектролитов. Добавки многозарядных ионов или катионов полиэлектролитов могут в этом случае приводить к образованию ПЭК, что, в свою очередь, изменяет флокулирующее действие добавленных реагентов. В работе [134] показано, что расход полиэтиленимина или хитозана, необходимый для достижения одной и той же степени осаждения суспензии, для отмытых (обработкой дважды физиологическим раствором и ресуспендированных в растворе 0,1 моль/л хлорида натрия) клеток Е.соИ существенно меньще, чем для исходной культуральной жидкости (рис. 5.8). При этом возможно взаимодействие между реагентом и веществами, формирующими поверхность и слизистую оболочку клеток, а также компонентами среды и продуктами метаболизма. Эти взаимодействия приводят к дополнительному расходу флокулянта, как это обнаружено на примере отмытых клеток Е.соИ, предварительно обработанных белками (желатина, овальбумин) или полисахаридами (декстран), примешивающимися для моделирования слизистой оболочки клеток [134]. [c.105] Дополнительные сведения о характере взаимодействия продуктов клеточного метаболизма полимерной природы получены в модельных опыгах с использованием овальбумина, полиэтиленимина и хитозана. Добавление поликатионита в оптически прозрачный раствор белка приводит к появлению мутности в результате образования гетерофазы. С использованием метода электронной микроскопии установлено [134], что в процессе флокуляции нативных суспензий Е.соИ поликатионитами могут принимать участие ПЭК, образующиеся путем интерполимерных реакций внеклеточных продуктов метаболизма и поликатионитов, которые по своему строению напоминают агрегаты флокулянт—овальбумин. [c.106] Ряд ионов питательной среды, взаимодействующих с флокулянтами, также могут оказывать влияние на процесс флокуляции, особенно в экспоненциальной фазе роста, когда их количество велико по сравнению с концентрацией вводимого флокулянта. В работе [134] показано, что увеличение концентрации солей Naj НГО4 от О до 4 кг/м в суспензии отмытых клеток Е.соИ приводит к 3—10-кратному увеличению расхода флокулянта, необходимого для осаждения 95 % клеток. Наибольшее связывание фосфат-ионов полиэлектролитом отмечается для ПЭИ, наименьшее - для хитозана. Повышение дозы реагента, необходимой для наступления флокуляции, может быть обусловлено также уменьшением эффективного заряда флокулянтов в результате связывания аминогрупп полимера с фосфатными ионами. Образование нерастворимых осадков, предположительно фосфатных солей ПЭК, отмечалось при флокуляции суспензий Е.соИ при pH 7,0 [112]. Пятикратное разбавление минерально-питательной среды предотвращает образование подобных осадков в широком интервале концентраций ионов водорода и полиэтиленимина. [c.107] Известно, что при добавлении к растворам полиэлектролитов многозарядных катионов может наблюдаться агрегация макроионов с образованием нерастворимой фазы. Примером такого фазового разделения является гелеобразование раствора альгината или пектината натрия при добавлении ионов Са . Процесс гелеобразования альгината натрия нашел широкое применение в иммобилизации ферментов и клеток микроорганизмов. [c.107] Введение солей кальция улучшает флокуляцию суспензий целлюлозных фибрилл с помощью альгината натрия [99]. Одни лишь добавки последнего не обеспечивают дестабилизации суспензии, но дополнительная обработка ее СаСЬ приводит к полному осветлению дисперсии. Аналогичный рассмотренному процесс коацервации наблюдался при добавлении солей алюминия к раствору полистиролсульфоната калия. В противоположность тому, что имеет место в системе ПЭИ-фосфат, т. е. снижению флокулирующей способности поликатионита [134], в данном случае образование комплекса полиэлектролит—Ме способствует флокуляции [1.33]. [c.107] Вернуться к основной статье