34. Отделение биомассы: флотация, фильтрование и центрифугирование.

Первым этапом в процессе очистки целевого продукта является разделение  культуральной  жидкости  и  клеточной  биомассы  – сепарация.  В  некоторых  случаях  сепарации  предшествует специальная  обработка  реакционной  смеси,  способствующая  более эффективному  отделению  биомассы  и  стабилизации  выделяемого продукта. Применяются различные методы сепарации.

1.  Флотация.  Метод  используется  в  том  случае,  если  клетки продуцента  в  силу  низкой  смачиваемости  накапливаются  в поверхностных слоях содержимого биореактора. Особые устройства (флотаторы)  различной  конструкции  удаляют  образующуюся  при культивировании  пену  вместе  с  прилипшими  к  пузырькам  газа клетками. Повышение  эффективности  отбора  биомассы  достигается вспениванием жидкости с последующим отделением ее верхнего слоя механическим  путем.  Достоинствами  метода  являются  его экономичность,  высокая  производительность  и  возможность использования в непрерывных процессах.

2.  Фильтрация.  Различны  применяемые  в  настоящее  время

фильтрующие  системы  (барабанные,  ленточные,  тарельчатые фильтры,  карусельные  вакуум-фильтры,  фильтры-прессы, мембранные фильтры) основаны на одинаковом принципе – задержке биомассы  на  пористой  фильтрующей  перегородке.  Недостатком способа  является  налипание  клеток  на  фильтре,  слой  которых снижает скорость протока жидкости в процессе фильтрования. Для  фильтров  непрерывного  действия  предусматриваются системы  автоматической  очистки  от  биомассы,  забивающей  поры. Она может сдуваться с поверхности фильтров сжатым воздухом или удаляться специальными "ножами".

Существуют  также  фильтры  для  многократного  или однократного периодического использования. Например, мембранные (в частности, тефлоновые) фильтры, позволяющие фильтровать очень разбавленные клеточные взвеси. Однако проблемой их использования является  быстрая  закупорка  пор  клетками,  белками  и  другими коллоидными частицами.

3.  Центрифугирование.  Данный  способ  требует  более дорогостоящего  оборудования,  чем  фильтрование,  поэтому  он применяется, если: а) суспензия фильтруется слишком медленно; б) возникает  необходимость  максимального  освобождения культуральной жидкости от содержащихся в ней частиц; в) требуется обеспечить  непрерывный  процесс  сепарации,  когда  фильтры  рассчитаны на периодическое действие.

35. Методы дезинтеграции клеток: физические, химические и энзиматические.

Под дезинтеграцией (деструкцией) клеток понимают процесс необратимого нарушения анатомической целостности клеток. С практической точки зрения необходимым и достаточным является разрыв клеточной оболочки, который может быть вызван различными повреждающими факторами - физическими, механическими, химическими, энзиматическими, биологическими. В природных условиях дезинтеграция клеток и клеточных систем вызывается внутриклеточными (внутренними) и внешними причинами. К внутренним причинам можно отнести факторы генетической природы. К различным внешним воздействиям можно отнести физические, физико-химические, химические и биологические факторы. Вызванную действием внутренних факторов дезинтеграцию обычно определяют как естественную. Наряду с естественной дезинтеграцией бывает искусственная (насильственная) дезинтеграция. Последняя целенаправленно применяется человеком и часто используется в научной и производственной деятельности. При этом основной задачей дезинтеграции является извлечение функционально активных структур и биополимеров. В настоящее время можно определить три направления практического применения методов искусственной дезинтеграции клеточных систем:

1. Дезинтеграция биомассы (животной, растительной, микробной) для производства продуктов пищевого, кормового и технического назначения. (Биомасса подвергается комплексному внеклеточному дезинтегрирующему разрушению (механическому, химическому и энзиматическому), а затем продукты распада (дезинтеграты) используются для биосинтеза).

2. Дезинтеграция как способ стерилизации и инактивации живых систем. (Второе направление применяет методы направленные на тотальное уничтожение или полное, желательно необратимое, прекращение жизнедеятельности вредных и болезнетворных микроорганизмов. Они могут применяться для консервации и хранения продуктов, для обеззараживания различных сред и материалов).

3. Дезинтеграция как инструмент для направленного разрушения клеток и клеточных систем в научной деятельности. Первое и второе направление традиционны.

Физические методы Наиболее популярными физическими и механическими методами являются: баллистические, гидро- и криоэкструзионные, ультразвуковые, декомпрессионные.

Химические и энзиматические методы

Нейтральные соли, органические соединения, хелатные агенты, детергенты и др. способны повреждать и при некоторых условиях разрушать оболочку микробной клетки. В основе данного метода лежат различные механизмы нарушения межмолекулярной и химической связи между структурными элементами клеточной стенки. Обработку клеток химическими реагентами используют как подготовительный этап, предшествующий энзиматической дезинтеграции. Для энзиматической дезинтеграции используют широкий набор ферментов и ферментных комплексов бактериологического, миколитического и дрожжелитического действий. Причем энзиматическая дезинтеграции нашла особое широкое применение в научных исследованиях, где её используют для холодного выделения малоустойчивых субклеточных структур, изучения особенностей строения и состава клеточных стенок, исследования путей и механизмов их биосинтеза и регенера- ции. Особенно перспективным является применение иммобилизованных литических ферментов.