Курс лекций для студентов специальности -48 02 01 «Биотехнология» Минск 2014 034)
жүктеу/скачать 1,87 Mb. Pdf көрінісі
|
| 3
2 1 4 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 – 50–55С. 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:
|