CHƯƠNG 6 : QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CHUYỂN KHỐI
6.3. Trích ly
6.3.1. Khái niệm trích ly
Trích ly là quá trình rút chất hòa tan trong chất lỏng hay chất rắn bằng một chất lỏng khác. Trong công nghệ sinh học, có hai phương pháp trích ly: khi trích ly chất hòa tan trong chất lỏng gọi là trích lý chất lỏng; còn trích ly chất hòa tan từ trong chất rắn gọi là trích ly chất rắn.
Phương pháp trích ly rắn là trường hợp khi sản phẩm đích được chiết rút bằng chất lỏng (dung môi) từ pha rắn (rafinat) – thường là sinh khới vi sinh vật. Cịn phương pháp trích ly lỏng là trường hợp sản phẩm đích hòa tan trong chất lỏng (rafinat) cần được chiết rút bằng một chất lỏng khác (dung môi) – thường là các dung môi hữu cơ, trong trường hợp này hệ chiết gồm hai pha lỏng. Trong cả hai trường hợp, pha rắn chứa chất cần được chiết ra gọi là vật liệu chiết (rafinat), pha lỏng đóng vai trị là tác nhân quá trình chiết gọi là dung môi chiết, pha chứa chất được chiết ra từ rafinat gọi là sản phẩm trích ly. Còn pha rắn (rafinat) còn lại sau khi đã bị rút sản phẩm trích ly được gọi là bã thải.
Trên hình 6.6 là sơ đờ mơ tả quá trình trích ly
Hình 6.6: Sơ đồ q trình trích ly
F- là vật liệu chiết ban đầu, chứa M (rafinat 1) và chất tan L, F=M+L; G –dung môi chiết; э=M + G – sản phẩm trích ly; L – bã thải (rafinat 2)
GIÁO TRÌNH QTTB TRONG CƠNG NGHỆ SINH HỌC
Biên soạn: TS. Bùi Xuân Đông Trang 88
như dầu, hoặc các thành phần sinh học.
Ưu thế của quá trình trích ly là làm việc ở điều kiện nhiệt độ thấp, nên tạo điều kiện chiết rút các thành phần kém bền nhiệt như các chất kháng sinh, hoạt chất sinh học,…
Một số hoạt chất sinh học (như lipit, enzyme) là sản phẩm trao đổi chất ngoại bào, khi thu nhận chúng không cần phải thực hiện phá thành tế bào. Thế nhưng, đại đa số các trường hợp khác trước khi trích ly phải thực hiện phá thành tế bào bằng kĩ thuật nghiền. Để thu nhận hoạt chất sinh học từ sinh khối nấm men hoặc vi khuẩn thường phá thành tế bào bằng phương pháp cơ học hoặc tự phân hủy, vì thành tế bào của nấm men và vi khuẩn có tính kháng thẩm thấu. Màng nấm sợi có tính kháng thẩm thấu yếu hơn màng tế bào nấm men và vi khuẩn, do vậy không cần thiết phải nghiền sinh khối nấm sợi trước khi trích ly sản phẩm đích.
Có thể trích ly hoạt chất sinh học từ sinh khối nấm ở dạng ẩm hoặc sấy khô sau khi thu hoạch. Mặc dù có lợi về mặt cơng nghệ khi sấy khơ sinh khới nấm vì có thể kéo dài thời gian bảo quản và nồng độ sản phẩm trích ly đậm đặc hơn, nhưng ngược lại khi sấy khô có thể làm giảm hoạt tính của các hoạt chất sinh học, cho nên trong thực tế thường sử dụng sinh khối ở dạng ẩm để trích lý trực tiếp ngay sau khi thu hoạch sinh khối. Khi trích ly, các chất tan trong nước được trích ly với vận tốc khác nhau, và thường xảy ra hiện tượng trích ly từng phần.
Kĩ thuật trích ly được ứng dụng để thu nhận enzyme từ sinh khối nấm (nuôi cấy trên môi trường rắn xốp), lipit từ sinh khối nấm men, các chất kháng sinh và các polypeptit cố định trên màng tế bào vi sinh vật. Hoặc ứng dụng để thu nhận các hoạt chất sinh học nội bào như các polymer sinh học: protein, acid nucleic hay các polysacarit, …
Thông thường, sau khi thực hiện quá trình trích ly cần thực hiện công đoạn tách pha rắn, kết quả thu được là sản phẩm trích ly nằm ở pha lỏng và từ đó tiếp tục tinh chế sản phẩm đích từ pha lỏng thu được.
Khi trích ly, tùy thuộc vào tính chất vật lý của chất cần trích ly mà lựa chọn các dung môi khác nhau như: nước, dung dịch acid hoặc dung dịch kiềm, các dung môi hữu cơ như – rượu, aceton,… Đặc biệt, đối với các hoạt chất sinh học tan trong nước thì dung môi thích hợp nhất được lựa chọn là nước.
Một số yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất quá trình trích ly hoạt chất sinh học từ sinh khối phải kể đến như: nhiệt độ, pH, thời gian trích ly, đặc điểm cấu trúc của thiết bị trích
GIÁO TRÌNH QTTB TRONG CƠNG NGHỆ SINH HỌC
Biên soạn: TS. Bùi Xuân Đông Trang 89
ly, đặc tính tự nhiên của hoạt chất sinh học, nồng độ chất cần trích ly trong mẫu lựa chọn,…
Một số phương pháp trích ly truyền thống thường được áp dụng như: trích ly kết hợp khuấy đảo, trích ly trong lớp tĩnh (ngâm chiết), trích ly một bậc, trích ly nhiều bậc, trích ly thuận chiều và trích ly ngược chiều.
- Khi thực hiện trích ly hoạt chất sinh học, một số loại tế bào của sinh khối cản trở quá trình trích ly sản phẩm đích khi dùng dung môi trích ly. Ngoài ra, một trở ngại nữa là để tăng hệ số chuyển khối của chất chiết từ sinh khối vào dung môi cần tăng vận tốc chuyển động của sinh khối và pha lỏng. Điều này làm công nghệ trở nên phức tạp và tốn kém điện năng.
- Để cải thiện cấu trúc bề mặt giữa các pha thông thường người ta tạo ra các cấu trúc có dạng hạt, thường gọi là “bông” từ sinh khối. Việc tạo “bông” giống như trường hợp tách chiết lipit từ sinh khới vi sinh vật. Cơng việc này có thể thực hiện đơn giản bằng các nghiền mịn sinh khối thành các hạt nhỏ. Sau đó, các hạt này được tiếp tục tán ra qua máy tán, thu được các mảnh với độ dày 0,2-0,3 mm, gọi là “bơng”. Sau đó các mảnh “bơng” này mới được đưa vào thiết bị trích ly, nhờ quá trình này mà quá trình chuyển khối hiệu quả hơn, dẫn tới hiệu suất trích ly cũng tăng đáng kể