Курс лекций для студентов специальности -48 02 01 «Биотехнология» Минск 2014 034)

56 
ных и анионных групп. На одну клетку приходится 10
6
–10
7
положи-
тельных и 10
7
–10
8
отрицательных зарядов, т. е. клетки большинства 
микроорганизмов имеют избыточный отрицательный заряд. Высокие 
значения плотности поверхностного заряда клеток приводят к их 
электростатическому отталкиванию, что является одной из причин 
агрегативной устойчивости микробных суспензий, которые можно 
рассматривать как биоколлоидные системы. Кроме того, клетки мик-
роорганизмов являются типичными лиофильными объектами, для ко-
торых характерно взаимодействие с дисперсионной средой, приво-
дящее к образованию сольватных оболочек, что также обусловливает 
агрегативную устойчивость биоколлоидов. 
Обработка микробной суспензии коагулянтами, флокулянтами, 
гельобразующими агентами позволяет не только дестабилизировать 
биоколлоидную систему и осадить клетки, но и очистить в опреде-
ленной степени содержащую целевой метаболит межклеточную жид-
кость от балластных примесей (белков, красящих веществ и др.). 
Фильтруемость культуральной жидкости зависит от ряда факто-
ров: вида микроорганизма-продуцента (размера и структуры клеточ-
ных образований), состава питательной среды и степени потребления 
компонентов, длительности ферментации. Присутствие в значитель-
ном количестве неассимилированных питательных веществ, жиров, 
применяемых в качестве пеногасителя, а также лизис клеток в резуль-
тате продолжительного культивирования негативно влияют на ско-
рость фильтрования. 
Мицелий грибов, имеющий нити диаметром 10–40 мкм, отделяет-
ся от жидкой фазы фильтрованием без особых затруднений. Тонкие 
(0,2–1,0 мкм) нити мицелия актиномицетов забивают поры фильтру-
ющего материала и образуют осадок с высоким гидравлическим со-
противлением. Поэтому культуральные жидкости после выращивания 
актиномицетов, как и других бактерий, подвергают специальной об-
работке. Наиболее распространенные приемы улучшения фильтруе-
мости – тепловая коагуляция при 70–75
С (вызывает денатурацию 
и коагуляцию белков, что снижает сопротивление осадка), обработка 
полиэлектролитами, добавление реагентов, образующих малораство-
римые осадки (Ca(OH)
2
+ H
3
PO
4
), предварительное нанесение на 
фильтрующий материал намывного слоя толщиной 5–50 мм из перли-
та или древесной муки. 
Чаще других применяют барабанные вакуум-фильтры и фильтр-
пресс ФПАКМ. Важнейшим достоинством фильтра-пресса является 
низкая влажность получаемого осадка (около 60%). 

57 
Широкое распространение получил сепарационный метод кон-
центрирования микробных (прежде всего дрожжевых) суспензий, ко-
торый позволяет с высокой скоростью обрабатывать большие объемы 
труднофильтруемой культуральной жидкости. 
Заслуживает внимания флотационный способ сгущения дрожже-
вой суспензии, при котором концентрирование дрожжей достигается 
за счет перехода клеток в пену в результате продувки суспензии мел-
кодиспергированным воздухом. Флотационный способ концентриро-
вания дрожжей имеет ряд преимуществ перед сепарационным: про-
стота и доступность оборудования, низкие энергозатраты на процесс, 
повышение качества продукта благодаря отделению нефлотирующих-
ся примесей. Однако не все дрожжевые культуры обладают достаточ-
ной флотационной способностью, которая зависит от физиологиче-
ских особенностей штамма и химического состава культуральной 
жидкости. В связи с этим флотация находит ограниченное примене-
ние, например, для концентрирования дрожжей Candida scottii (про-
дуцентов белка), выращенных на гидролизном сусле. 
При производстве биопрепаратов на основе инактивированной 
биомассы клеток широко используют упаривание культуральной 
жидкости в трех-, четырехкорпусных выпарных установках до содер-
жания сухих веществ в концентрате 20–45%. Целевые продукты мик-
робного синтеза термолабильны, поэтому упаривание осуществляют 
под разрежением и при режимах, обеспечивающих минимальные по-
тери биологической активности продуктов. Как правило, температура 
кипения жидкости в первом корпусе выпарной установки составляет 
80–85
С, в последнем – 50–55С. Наибольшее распространение полу-
чили трехкорпусные выпарные установки со стекающей пленкой, ко-
торые отличаются компактностью, высокой производительностью по 
испаряемой влаге и небольшим временем пребывания упариваемой 
жидкости в аппарате. 
При необходимости сгущения концентрата до высокого содержа-
ния сухих веществ (60–65%) применяют роторные испарители. 
Целевыми продуктами микробного синтеза могут быть внутри-
клеточные биополимеры (нуклеиновые кислоты, белки, липиды), 
а также эндометаболиты (антибиотики, витамины, ферменты). Неко-
торые компоненты можно извлечь без предварительного разрушения 
клеточной стенки (например, экстракцией), в других случаях (для вы-
деления внутриклеточных биополимеров) требуется дезинтеграция 
клеточной массы, которую осуществляют различными методами. При 
химической дезинтеграции клеточную суспензию обрабатывают аген-

58 
тами (щелочью, глицерином, толуолом, пероксидом водорода), кото-
рые повышают проницаемость клеточных стенок. Биологические спо-
собы разрушения оболочки основаны на действии собственных гид-
ролитических ферментов (автолиз) или специальных ферментных 
препаратов (лизоцим, зимолиаза и др.). Наибольшее промышленное 
значение имеют физические методы, которые более экономичны, чем 
химические и ферментативные. Чаще всего применяют обработку 
клеточной массы ультразвуком. Могут быть использованы такие при-
емы, как растирание с кварцевым песком, замораживание – оттаива-
ние, продавливание массы через узкие отверстия под высоким давле-
нием, декомпрессия (сжатие клеточной суспензии с последующим 
резким снижением давления). Фрагменты клеточных стенок отделяют 
центрифугированием или фильтрованием. 
Выделение целевых компонентов из сложной смеси дезинтегра-
тов клеток – трудоемкий и дорогостоящий процесс, который целесо-
образен в производстве только очень ценных биологически активных 
веществ. В биотехнологии предпочтение отдают использованию 
штаммов микроорганизмов, экскретирующих целевой компонент. 
В этом случае технология получения чистых препаратов существен-
но упрощается. 
Распространенными промышленными методами выделения экзо-
метаболитов из культуральной жидкости являются ионный обмен 
с использованием сухих и жидких ионообменных смол – катионитов 
и анионитов (производство аминокислот), экстракция органическими 
растворителями (производство антибиотиков), осаждение из раство-
ров солями и органическими растворителями (ферментные препара-
ты), кристаллизация (витамины, антибиотики, аминокислоты). Выде-
лить целевой продукт с высокой степенью чистоты одним способом 
практически невозможно. В производственных условиях применяют 
комбинации различных методов. 
В последнее десятилетие сформировалось новое и исключительно 
перспективное для биотехнологии направление – мембранные методы 

жүктеу/скачать 1,87 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: