2. Дезинтеграция клеток

Разрушение клеток физическими, химическими и ферментативными методами с целью выделения внутриклеточного метаболита. В промышленности чаще используются физические методы дезинтеграции: ультразвук, вибрация (лопаточный метод), встряхивание со специальными бусами, продавливание через отверстия под высоким давлением, раздавливание замороженной массы, растирание в специальных ступках, осмотический шок, многократное замораживание и оттаивание, декомпрессия (сжатие клеточной массы с последующим резким снижение давления). Физические методы являются более экономичными, однако они характеризуются отсутствием выраженной специфичности по отношению к разрушаемому продуценту.

3. Отделение и очистка целевого продукта

Существуют специальные методы: осаждение (при этом растворённое вещество может быть выделено при нагревании, концентрировании, охлаждении раствора), экстракция (подразделяется на твёрдожидкофазную, при которой продукт из твёрдой фазы переходит в жидкую и жидкофазную, когда продукт из одной жидкой фазы переходит в другую жидкую фазу), адсорбция (достаточной распространённый метод и рассматривается в качестве частного случая экстракции; в качестве адсорбента используют древесный уголь, пористые глины, которые на своей поверхности связывают нужный продукт, выделяемый из жидкой или твёрдой фазы). Современные методы – хроматография, электрофорез, которые способны разделить продукт и клеточную массу (или остатки массы)

4. Концентрирование, стабилизация, модификация целевого продукта

Конечная стадия предполагает концентрирование продукта с помощью основных методов – выпаривание (если продукт термостойкий), ультрафильтрация (с помощью мембранных фильтров), осмотический шок/обратный осмос (концентрируемый продукт помещают в мешок из полупроницаемой мембраны, снаружи создают осмотическое давление, превышающее осмотическое давление раствора, в результате чего растворитель начинает вытекать через мембрану против градиента концентрации растворённого вещества.

Стабилизация конечного продукта необходима для сохранения его свойств при длительном хранении. В качестве стабилизирующих агентов используют глицерин или углеводы, которые образуют множественные водородные связи с аминокислотными остатками продукта, тем самым препятствуя его денатурированию или спонтанной инактивации. Стабилизации продукта также способствует обезвоживание, которое снижает возможность развития патогенной микрофлоры. К методам обезвоживания относят сушку (с помощью специальных приборов, в которых используют нагревательные элементы; также можно делать сушку в вакууме либо путём химической обработки гидрофильными веществами). В некоторых случаях стабилизация конечного продукта представляет собой по сути небольшой биотехнологический процесс. В качестве примера можно привести стабилизацию пищевого продукта, получаемого из яичных желтков – меланжа, свойства которого при хранении могут существенно изменяться, поэтому для предотвращения порчи меланжа используют пропионовые бактерии, которые выедают из него углеводы и повышают пищевую ценность за счёт обогащения органическими кислотами и витамином С.

Модификация продукта необходима в тех случаях, когда в результате процесса получается лишь заготовка целевого продукта. Примером является пенициллин, который модифицируется до полусинтетических препаратов, поступающих для практического использования.

VI. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОДУКТОВ БИОТЕХНОГОЛИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

Все продукты, получаемые в биотехнологии, можно разделить на 2 группы:

1. Продукты основной биотехнологии

Крупнотоннажные производства с невысокой степенью очистки. Сюда относят:

- технологические ферментные препараты: протеазы (для облагораживания некоторых видов мяса, обработки шкур), амилазы (для частичного гидролиза крахмала в крахмалсодержащих видах пищевого сырья, обработки муки), пектиназы (для осветления соков)

- пищевые добавки или сырьё для их приготовления: белок одноклеточных организмов

- микробиологические средства защиты растений: часто представляют собой высушенную культуру микроорганизмов

- метаболиты для использования в пище и кормах: витамины, кислоты, спирты (первичные метаболиты)

- вторичные метаболиты для фармацевтической промышленности: антибиотики

2. Продукты тонкой биотехнологии

Представляют собой комплекс процессов и производств, ориентированные на получение высокоочищенных продуктов:

- высокоочищенные ферментные препараты, используемые в медицине в качестве лекарственных средств, а также при обработке пищевых продуктов

- действующие основы лекарственных средств: инсулин и другие вещества гормонального действия.