Отделение, очистка и модификация продуктов биосинтеза

Выделение целевого продукта является завершающей стадией биотехнологического процесса. Возможны три варианта образования продукта, которые влияют на выбор способа его выделения:

  • • продукт биосинтеза накапливается в клетке;
  • • продукт биосинтеза выделяется в культуральную жидкость;
  • • продуктом является сама биомасса.

В первом случае клетки отделяют от жидкости, клетки дезинтегрируют (разрушают), а затем очищают продукт от массы разрушенных клеток.

Во втором случае выделение очень облегчается, когда продукт выделяется (экскретируется) в культуральную жидкость.

Для выделения и очистки индивидуального химического продукта применяют разные методы в зависимости от природы вещества.

Например, ферменты протеазу, целлюлазу и другие выделяют путем осаждения органическими растворителями или сульфатом аммония. Эти ферменты по характеру их применения не требуют полной очистки. Но зато эндо- и экзонуклеазы, а также лигазы для генной инженерии требуют тончайшей поэтапной очистки и разделения.

Традиционные процессы третьего типа вообще не требуют отделения продукта.

Отделение биомассы от культуральной жидкости

Разделение жидкости и биомассы называется сепарацией. Предварительно может потребоваться изменение pH, нагревание, добавление коагулятов белков и др. Методы сепарации различны.

1. Флотация. Метод используется, когда клетки не смачиваются жидкостью и собираются (концентрируются) в пене. Во флотаторах жидкость вспенивают и собирают верхний слой пузырьков газа с прилипшими клетками путем сцеживания, откачивания или соскребыванием.

Метод экономичен, производителен, пригоден для непрерывных процессов.

2. Фильтрация. Все известные на сегодня фильтры действуют по единому принципу — задержание биомассы на пористой фильтрующей перегородке. При этом размер пор не играет особой роли. Если поры больше размера клетки отделение идет плохо только в начале. Затем клетки прилипают к стенкам пор, образуют скопления, которые утолщаются и скорость протока падает.

Слой биомассы, забивающий поры, можно удалять автоматически. Биомассу сдувают сжатым воздухом либо срезают ножом (на барабанном вакуум-фильтре, рис. 3.3).

Существуют фильтры однократного и многократного периодического использования. Мембранные, например, тефлоновые фильтры позволяют фильтровать очень разбавленные суспензии. Чтобы они не повреждались при срезании или сдувании, их покрывают гидрофильным слоем, который предотвращает прилипание белков (коллоидов) к мембране.

3. Центрифугирование. Метод основан на осаждении взвешенных в жидкости частиц действием центробежной силы.

Это оборудование дорогостоящее. Оно может окупаться в следующих случаях:

  • • суспензия фильтруется медленно;
  • • необходимо максимально освободить жидкость;
  • • необходимо наладить непрерывный процесс.
Принципиальная схема фильтрования суспензии на барабанном вакуум-фильтре

Рис. 3.3. Принципиальная схема фильтрования суспензии на барабанном вакуум-фильтре:

1 — корпус; 2 — барабан; 3 — перегородка; 4 — осадок; 5 — трубка для соединения секций с поверхностью головки; 6 — подвижная головка фильтра, на которой натянуты сетка и фильтровальная ткань; 7 — форсунки для разбрызгивания воды; 8 — нож для снятия осадка; 9 — мешалка для взмучивания суспензии

Иногда применяют фильтрационные центрифуги, где фильтрование сочетается с центрифугированием. Широко используются центрифуги без фильтрации. Применяются различные конструкции. Наиболее перспективны центрифуги-сепараторы, где биомасса оседает, например, на стенках вращаемого цилиндра.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >