4. Ферментация үдерісінің соңғы өнімін бөліп алу

Алға қойылған мақсатқа байланысты ферментация өнімі ретінде жасушалар биомассасы немесе қандай да болмасын жасушадан тыс метаболиттер алынуы мүмкін. Бірінші жағдайда қалдық зат ретінде культуралды ортаның сұйықтығы саналса, екіншісінде – жасушалық заттар қажетсіз (қалдық) ретінде тазартылады.

Ферментация үдерісі өткізілген ортадағы культуралды сұйықтығы құрамы бойынша – биозерзатының жасушасы түрлерінен, олардың ерітілген күйдегі метаболизм өнімдерінен, ерітілмеген компоненттерінен, автолизден кейін немесе қабықтары бұзылуы салдарынан жасушалардан бөлінген кейбір бөліктерінен және толығынан пайдаланыла қоймаған қоректік орта заттарынан тұрады. Сондықтан, культуралды ортаның сипатына (жасушалар мен олардың метаболизмі концентрациясына, қоюлығы, жасушалар мен олардың элементтерінің морфологиясына) байланысты сұйық фазасынан биомассаны бөліп алу әдістері таңдап алынады.

Қажетті өнімнің түріне байланысты оларды бөліп алудың келесі әдістері қолданылады (кесте-3):

3-кесте. Сұйық фазасынан биомассаны бөліп алу әдістері

Жасушаларды алу	Ерітілген метаболиттер алу
1 Седиментация мен декантация	1. Экстракция
2. Сүзіп алу (фильтрлеу)	2. Сорбция
3. Центрифугалау	3. Тұндыру
4. Тұнба түзу	4. Хроматография
5. Флотация	5. Мембрана арқылы бөлу

Жоғарыда келтірілген әдістердің қайсібірін қолдану үшін қажетті, ерімейтін заттар мен олардың бөліктерінің (микробтық жасушаларын қоса алғанда) көлемдерінің градациялық мөлшерлері төменде келтіріледі:

1. Ірі көлемді бөлшектер – 01 ден 1 мм дейін;

2. Ұсақ бөлшектер – 0,01 ден 0,1 мм дейін;

3. Инфра майда бөлшектер – 0,001 ден 0,01 дейін;

4. Жоғары молекулалы заттар – 10 нан 1000 нм (10^-5 – 10^-3) дейін;

5. Төменгі молекулалы заттар – 0,1 ден 10 нм (10^-7 – 10^-5) дейінгі.

Ірі және ұсақ бөлшектерді бөліп алу үшін седиментация, ұлпалық және маталық сүзгілері, сит және торлы сүзгілері, көбіктер мен көпіршіктерде фракциялау әдістерін қолдану мүмкін болса, ерімейтін төменгі молекулалы заттар үшін – диализ және электродиализ, иондық алмасу, еріткіштер арқылы экстракциялау, кері осмос реакциялары қолданылады.

Седиментация әдісі гравитациялық күштер шеңберінде жүзеге асырылады. Бұл әдісті кейбір сүт қышқылды және аралас ашу (сүт қышқылды және спиртті) кездеріндегі «кефир дәндері» типті конгломенттерін бөлу мақсатында және белсенді тұнба (иль) көмегімен қалдықтарды биологиялық өңдеу барысында қолданады.

Микорбты жасушалары поликатиондар немесе сырттан ендірілген полимерлер әсерінен оңай ұйиды (коагуляцияланады). Осы жұмыс нәтижесінде пайда болатын көбікшелер жасушалармен бірге седиментация әдісі арқылы жеңіл бөлініп алынады.

Декантацияны немесе тұнба бетіндегі сұйықтықты (декантант, супернатант) құйып алуды вакуум-насосымен сору арқылы алмастыруға болады.

Сүзіп алу (фильтрлеу) әдісін кіші көлемді культуралды сұйықтықтарына –рамалы сүзгілері арқылы, ал көп көлемді сұйықтықтарында – барабанды вакуум-сүзгілері арқылы жүзеге асырады.

Центрифугалау әдісі – бөлшекті заттарды центрифуга қондырғысы арқылы үдемелі айналдыру кезінде пайда болатын сыртқа тебу (центробежный) күштерін пайдалану нәтижесінде мәжбүрлі түрде тұндыру жолымен жүзеге асырылады.

Тұнба түзу әдісі – дәстүрлі ашу үдерістері және қалдықтарды кең көлемді қайта өңдеу кездерінде қолданылады. Бұны седиментация әдісінің жалғасы ретінде де қарауға болады.

Флотация әдісін (ағылш .floatation – қалқып шығу) – мысалы, диагностикалық мақсатта патологиялық материялдан өкпе құрты микобактерияларын жинақтау үшін қолданады. Микробиотехнологияда флотация әдісін кейбір қарапайым микроорганизмдердің ақуызын өндіруде, сыра ашытуда қолданады. Көбікті флотация сырадағы ерітілген ақуыздарының «ауа-сұйықтық» арасындағы көпіршіктерінде тұрақты түрде жинақталуына себепші болады.

Егер де, қажетті өнім ерітілген метаболит немесе ол жасуша ішінде синтезделіп, сыртқа шығарылмайтындай болса, бөліп алудың басқа әдістері, атап айтқанда жоғарыда келтірілген: экстракция, сорбция, тұндыру, хроматография, мембрана арқылы бөлу әдістері қолданылады.

Экстракция әдісі – жасушалардан (қатты фаза) органикалық еріткіштер арқылы, мысалы гризеофульвин антибиотигін ацетонмен, немесе жасуша-продуценті бөлініп алынған культуралды сұйықтығынан (сұйықтық-сұйықтық жүйесіндегі) бензилпенициллиндерін рН 2,0-3,0 – бутил-ацетат арқылы, және соңғысы – екі фазалы су жүйесіндегі ферменттерін, мысалы глюкан-декстранды және онымен сыйыспайтын этиленгликольді (ПЭГ-6000) алу мақсаттарында пайдаланылады.

Сорбция әдісі – қандай да бір зат арқылы қоршаған ортадағы газдарды, буларды немесе еріген заттарды сорып алуға негізделеді. Сорбцияға қатты дене беті қатысатын жағдайды – адсорбция деп атаса, сұйықтық бетімен қажетті заттарды сорып алу – абсорбция делінеді. Сонымен бірге, хемосорбция – сорғыш зат пен газ арасындағы химиялық әсерлер болатын газды сорулар; десорбция – қатты заттың немесе сұйықтық бетіне сорылған заттардың қайта бөлінуіне негізделген, яғни сорбцияға қарама-қарсы үдерістері болады.

Тұндыру әдісі – микробиотехнологиядағы ақуыздарды (мысалы ферменттерді), полисахаридтерді, бірталай антибиотиктерін және де басқа заттарды алуда кеңінен қолданылады. Мұнда ақуыздарды ажыратып-бөлуде, рН көрсеткіштерінің изоэлектрлік деңгейге дейін өзгерулерінде, ерітіндінің диэлектрлік өткізгіштігінің нашарлауы, ақуыз молекуласының сальватация деңгейлерінің төмендеуі сияқты жағдайларда пайдаланылады.

Хроматография әдісі – БАЗ-ды (биологиялық активті заттар) ажыратуларының әртүрлі варианттарында қолданылады: гель-фильтрация немесе гель-өткізгішті – молекулярлы хроматография ситаларында, ионалмасулы (ионнообменная) хроматографияда.

Ген-фильтрациясын молекулалық массасы әртүрлі болып келетін қоспаларды ажырату мақсатында қолданады. Бұлар микроорганизмдердің түрлі метаболиттері, соның ішінде полидисперсиялы ақуыздар және полисахаридтер болуы мүмкін. Мұнда, ажыратуға арналған заттардың ішіндегі кішірек молекулалылары – гель-тұтқыш (гель-насадка) құрамына еніп кететіндіктен хроматографиялық колоннада ақырын жылжыса, ірілеу молекулалылары – гель құрамына кіре алмағандықтан тез жылжып, колоннадан бірінші болып шығады.

Ионалмасулы (ионнообменная) хроматографияда ионалмасушы смола жылжымайтын қабат болып келсе, бұған керісінше, мысалға алғанда ақуыздар қоспасы ертінділері – қозғалмалы қабат болады. Сондықтан, ақуыздар катиондық формада целлюлозалық матрицада теріс заядты тасымалдайтын, катионалмасушы карбоксилметилцеллюлозамен (КЦМ) байланысады. Мұнан кейін, ақуыздардың эллюциясын иондық күші біртіндеп арттырылатын буферлік ертіндісі арқылы жүзеге асырады. Нәтижесінде бірінші болып КЦМ-мен әлсіз байланысқан ақуыздар эллюцияға ұшырайды.

Мембрана арқылы бөлу әдісі биотехнологияда кеңінен қолданыла бастады. Мұнда теріс осмос немесе ультрафильтрация әдістерін таңдау кездерінде, ажыратушы заттардың молекулалары мен бөлшектерінің диаметрлері шешуші роль атқарады. Мысал ретінде, кейбір заттар молекулалары мен жасушалардың шамамен алғандағы мөлшерін (көлемін) мкм өлшемімен көрсете кетейік: су (ММ 18 ДА) – 0,0002, ММ 100 ден 500 ДА дейінгі органикалық қышқылдар – 0,0004-0,0008, ММ 180 нен 400 ДА дейінгі моноза мен биозалары – 0,0008-0,001, ММ 300-ден 100 ДА дейінгі кейбір антибиотиктер – 0,0006-0,0012, ММ 10000- нан 1000000 ДА дейінгі протеиндер мен гликандар – 0,002-0,01, көптеген бактериялардың жасушалары – 0,3-1, кейбір ашытқылар мен мицеллалардың жасушалары – 1-10.

Енді жоғарыда келтірілген кейбір химиялық терминдердің мазмұнын еске түсіре кетейік.

Ертінді мен таза еріткіштер құрамындағы өткізбейтін мембрана арқылы бөлініп тұратын қандай да бір заттардың химиялық потенциалдарын өзара теңестіретін қасиеті – осмос деп аталады.

Ертіндіге жақындастырылған одан артық осмостық қысымды еріткіштен төмен градиенциялы ертіндіге еріткіштің жылжи бастауы (ертіндіден – таза еріткішке) басталады. Мұның нәтижесінде ертілген заттардың концентрациясы арта бастайды, яғни кері осмос құбылысы белең алады.