Загальні принципи розділення речовин

Продукти мікробного синтезу надходять із біореактора у вигляді водних суспензій або розчинів, при цьому характерний невисокий вміст основного компонента й наявність багатьох домішок.

На більшості промислових виробництв на першому етапі переробки культуральної рідини здійснюють відділення маси продуцента від рідкої фази – сепарацію. Рідина далі також піддається переробці, якщо містить метаболіти, які представляють практичну цінність. На виробництвах, де цільовим продуктом є клітини як джерело білка, культуральна рідина піддається лише очищенню, що дозволяє використати водну фазу багаторазово й знизити утворення стічних вод.

Технологічні прийоми, які використовуються для відділення клітин від середовища залежать від природи продуцента. Наприклад, сахароміцети (хлібопекарські дріжджі) мають відносно великі клітини й здатні флотуватися, тому після згущення біомаси флотацією їх відокремлюють на звичайних барабанних вакуум-фільтрах. Надалі біомасу, зняту з фільтра, піддають пресуванню й одержують продукт із високим вмістом живих клітин, які мають високу хлібопекарську активність.

Дріжджі ж роду Candida, які є джерелом кормового білка погано флотуються й фільтруються. Тому дріжджі, що ростуть на вуглеводнях, а також бактерії-продуценти білка на основі метану й метанолу, на першому етапі сепаруються, причому в кілька разів. Вода, що залишилася, видаляється шляхом випарювання, а всі компоненти рідкої фази залишаються в кінцевому продукті. Аналогічний прийом використовують і при виробництві бактеріальних ентомопатогенних препаратів і добрив. Кінцевий продукт одержують в активній формі лише в принципі відмовившись від виділення його з культуральної рідини: вміст реактора випарюють і сушать в умовах, які забезпечують життєздатність кінцевого продукту. Неутилізовані компоненти культуральної рідини можуть відбитися на здатності продукту до зберігання.

При виділенні й очищенні метаболітів біомаса, якщо вона не містить значних кількостей цільового продукту, осаджується додаванням вапна або інших твердих компонентів, що захоплюють клітини або міцелій на дно – фізичне осадження.

Відділення твердої фази (мілкодисперсний клітинний матеріал, внутрішньоклітинні біополімери) можливо й методом фільтрації. Тому, що суспензія, яка фільтрується здатна до гелеутворення, однак при цьому продуктивність фільтрів швидко знижується. Запобігають цього додаванням у суміш або на фільтруючу тканину розмелені вулканічні породи, які містять оксиди кремнію й алюмінію, тоді осад набуває пористої структури.

Деякі види біомаси відокремлюють центрифугуванням. Осадження зважених часток відбувається під дією відцентрової сили. Після поділу утворюється 2 фракції: біомаса (тверда) і культуральна рідина.

Культуральна рідина переробляється шляхом екстракції, йонообміну, кристалізації або за допомогою мікро- і ультрафільтрації через полімерні мембрани зі спеціально підібраним розміром пор.

Для виділення й очищення продуктів, що перебувають усередині клітин продуцента (наприклад інтерферонів, гормонів) уводиться стадія руйнування клітинних оболонок (дезінтеграція біомаси); як правило, для цього застосовуються механічні, хімічні або комбіновані методи.

До фізичних методів дезінтеграції відноситься обробка ультразвуком, обертання лопати або вібратора, струшування зі скляним намистом, продавлювання через вузькі отвори під тиском, роздавлювання замороженої клітинної маси, розтирання в ступці, осмотичний шок, заморожування – відтавання, декомпресія (стиск із наступним різким зниженням тиску).

Хімічні й хіміко-ферментативні методи більш вибіркові. Клітини можуть бути зруйновані толуолом або бутанолом, антибіотиками, ферментами. Культуральну рідину звільняють від супутніх розчинних речовин і фракціонують.

Фракціонування здійснюють декількома способами: 1. Осадження – фізичне (нагрівання, охолодження, розведення, концентрування) або хімічне (за допомогою органічних і неорганічних речовин). 2. Екстракція. При твердорідкофазній екстракції речовина із твердої фази переходить у рідку, при рідинно-рідиннофазній – з однієї рідини в іншу (наприклад, хлорофіл зі спиртової витяжки переходить у бензин). 3. Адсорбція – окремий випадок екстракції, коли екстрагуючий агент – тверде тіло. Адсорбція застосовується для речовин, які мають функціональні групи, заряджені позитивно або негативно. 4. Методи тонкого очищення речовин: різні види хроматографії, двовимірний електрофорез, ультрацентрифугування ті ін.