Выделение целевого продукта

Культивирование различных микроорганизмов на разных субстратах проводят с целью получения хозяйственно полезных веществ и продуктов. В ряде случаев таким продуктом может быть сама культуральная жидкость (например, квас, пиво, кефир и др), но в большинстве случаев целевой продукт бывает необходимо выделить из культуральной жидкости ( спирт, ферменты, органические кислоты, дрожжи и др).

Процесс выделения – это ряд последовательных технологических операций, количество которых возрастает с повышением желаемой чистоты конечного продукта.

Большая лабильность большинства продуктов микробиологического синтеза, возможные потери их активности на стадии выделения и очистки требуют использования таких приемов разделения, которые не сопровождаются резкими химическими и физическими воздействиями на выделяемое вещество.

Почти всегда стадия выделения начинается с разделения двух фаз в культуральной жидкости, так как конечный продукт может содержаться либо в жидкой фазе, либо в микробной биомассе. Для отделения микробных клеток от жидкой фазы применяют фильтр-прессы, сепараторы, вакуум-фильтры, центрифуги.

Если целевой продукт содержится в клетках микроорганизмов, то их подвергают разрушению (дезинтеграции), затем отделяют клеточные оболочки, а полученный фильтрат после предварительной обработки подвергают вакуум-выпариванию, вымораживанию, мембранному разделению, осаждению, кристаллизации, сушке и т.п.

Если целевой продукт находится в жидкой фазе культуральной жидкости, то после удаления из нее клеток, фильтрат также подвергают различным методам обработки, например, упариванию, осаждению, мембранному разделению и т.п.

В каждом конкретном случае выбор метода выделения будет определяться природой выделяемого продукта, его стабильностью по отношению к внешним воздействиям, а также требуемой степенью чистоты получаемого вещества.

Применение иммобилизованных микробных клеток.

В последние годы активно разрабатываются и применяются биотехнологические методы получения биологически активных веществ с использованием иммобилизованных, т.е. прикрепленных к специальному носителю, микробных клеток.

Для иммобилизации применяют вегетативные клетки и споры микроорганизмов различных таксономических групп. Выбор состояния клеток и способа иммобилизации зависит от конечной цели процесса. Для иммобилизации клеток используют адсорбционные методы, ковалентное и поперечное связывание, включение в гели. Микробные клетки могут быть закреплены на поверхности носителя и в массе носителя, заключены в полимерные пленки, волокна, гели, заключены в пористых полых волокнах и в микрокапсулах, закреплены на плоских мембранах.

Применение иммобилизованных клеток обеспечивает:

- упрощение схемы выделения конечного продукта; - возможность длительного (месяцы и даже годы) использования их биокаталитических свойств; - повышение их устойчивости к действию различных неблагоприятных факторов; - повышение продуктивности осуществляемых превращений субстратов в конечные продукты; - снижение энергоемкости процесса.

Иммобилизованные микробные клетки применяют для получения яблочной, лимонной, уксусной, молочной, глюконовой, итаконовой кислот, этилового спирта, глюкозо-фруктозных сиропов, а также аспарагиновой кислоты, антибиотиков, стероидов, в частности, преднизолона, и др.

Иммобилизованные клетки применяются не только в области синтеза ценных органических соединений, но и при очистке сточных вод и воздуха от загрязнений и для извлечения из них ценных веществ. При этом процессы биологической очистки ускоряются в несколько раз по сравнению с вариантом использования свободных клеток.

Тем не менее, замена свободно культивируемых клеток на иммобилизованные связана с рядом трудностей. Это особые требования к консистенции и гранулометрическому составу питательной среды, проблемы перемешивания среды и ее аэрации, влияние самого процесса иммобилизации на физиологическую активность и биохимическую микроорганизма и др. Поэтому для успешной реализации процессов с применением иммобилизованных клеток необходимо представлять себе всю совокупность имеющихся проблем и преимуществ.