1.4. Выделение и очистка продуктов

Культуральная жидкость содержит клетки и продукты их жизнедея­тельности и выходит из ферментера в виде водной суспензии, для которой характерно, как правило, невысокое содержание основного компонента и наличие многих примесных веществ. В подавляющем большинстве произ­водств на первом этапе проводят отделение взвешенных частиц, включая биомассу продуцента от растворенных веществ. Если растворенные мета­болиты не представляют практической ценности, то жидкую фазу не пере­рабатывают. Ее считают жидким отходом производства и направляют на очистные сооружения, где инактивируются все содержащиеся в ней органические соединения. Переработке подлежит только сконцентрированная биомасса. Технологические приемы выделения клеток из культуральной жидкости в сильной степени зависят от природы продуцента. Например, для получения хлебопекарских дрожжей используют штаммы Saccharo-myces cerevisiae, кормовых - дрожжи рода Candida. Однако в каждом слу­чае приемы выделения клеток различны. Поскольку первые имеют боль­шие размеры, их можно отделить фильтрованием. Затем биомассу, снятую с фильтра, прессуют на рамном фильтр-прессе до содержания сухих ве­ществ 25% и фактически получают готовый продукт с высоким содержа­нием живых клеток. Клетки кормовых же дрожжей по размерам в не­сколько раз меньше сахаромицетов и фильтруются плохо, так как практи­чески сразу забивают поры фильтра. Поэтому для отделения биомассы ис­пользуют сепарирование . Эта стадия основана на осаждении взвешенных частиц под деиствием~1гентробежной силы работающего агрегата - сепара­тора. Основной его частью является вращающийся ротор, который и по­зволяет осаждать из суспензий взвешенные частицы, включая микробные клетки, таким образом в несколько ступеней удается довести концентра­цию клеток только до 10-12%, что недостаточно для получения товарной формы продукта. В дальнейшем сгущенную суспензию клеток подвергают выпариванию под вакуумом и сушке распылением в токе горячего возду­ха. Готовый продукт содержит инактивированные (мертвые) клетки дрожжей и часть веществ, содержащихся в культуральной жидкости.

Для отделения клеток, бактериальных продуцентов также применяют стадию сепарирования или концентрирования на бактофугах.

При выделении продуктов жизнедеятельности клеток из нативных рас­творов требуется их достаточно глубокая очистка от взвешенных частиц, а порой и от окрашенных соединений. Использование традиционного сепа-ранионного оборудования для отделения взвешенных частиц малоэффек­тивно, так как значительная часть культуральной жидкости уходит вместе с клетками. Если биомасса продуцента не подлежит переработке в товар­ную продукцию, а утилизируется как твердый отход, то возможно приме­нять особый вариант стадии фильтгювания_с так называемым "намывным слоем". Для этого, как правило, используют барабанные вакуум-фильтры, работающие в непрерывном режиме. Их рабочим элементом является на­тянутое на барабан " бесконечное полотно", на котором находится так на­зываемый "намывной слой". Его назначение - уменьшить диаметр пор фильтрующего полотна, что позволяет достичь эффективного отделения почти всех взвешенных частиц культуралъной жидкости. Для создания "намывного слоя" чаще всего используют порошок тонко измельченных белых глин - каолин, бентонит, а также кизельгур, древесные опилки и пр. Образующийся при этом фильтрат практически свободен от взвешенных частиц. Однако обычно его доосветляют традиционным фильтрованием под давлением, используя плотные фильтрующие материалы.

Наиболее простым методом, часто применяемым в промышленности для выделения метаболитов является метод осаждения целевого продукта. Многие вещества имеют так называемую изоэлектрическую точку, т.е. область значений рН среды, в которых их растворимость минимальна. Поэтому, установив значение рН нативного раствора на требуемом уровне, можно получить осадок выделяемого вещества, тогда как примеси остаются в растворе.

Технологии, использующие метод осаждения, достаточно широко применяются в биотехнологии. По этому способу выделяют ряд первичных метаболитов: аминокислоты, L-глутаминовую и L-валин. антибиотик 7-хлортетрациклин медицинского назначения.

Другая группа методов выделения метаболитов основывается на применении баромембранных процессов: обратного осмоса, микро- и ультрафильтрации. Последние два широко используются в биотехнологии. Метод микрофильтрации нашел широкое применение при отделении взвешанных частиц и стерилизации жидких потоков. Его несомненное достоинство состоит в том, что он позволяет достаточно надежно освобождать нативные растворы от посторонней микрофлоры и получать достаточно прозрачные растворы. Метод ультрафильтрации применяют для отделения ,очистки и концентрирования соединений с молекулярными массами не ниже 5000 Д. К их числу относятся белковые соединения, в том числе ферменты, высокомолекулярные компоненты нуклеиновых кислот и углеводов. Оказалось весьма перспективным использовать метод ультрафильтрации для очистки нативных растворов от нежелательных окрашенных продуктов ферментации. Около 50% пигментных веществ остается в концентрате (ретанте). Это позволило частично или полностью исключить стадии очистки растворов метаболитов, основанные на использовании ионообменных технологий и активированного угля.