Экстракция из клеточной массы. Выделение продуктов метаболизма из биомассы клеток

Выделение продуктов метаболизма из биомассы клеток

Целевым продуктом микробиологического синтеза могут быть внутриклеточные биополимеры (белки, липиды, нуклеи­новые кислоты), а также метаболиты (ферменты, антибиотики и т. д.). Некоторые из них можно выделить, не разрушая клеточной стенки, а для извлечения других необходимо провести предварительно дезинтеграцию (разрушение) клеточной оболочки.

Экстракция антибиотиков из мицелия представляет собой процесс извлечения целевого продукта из твердой фазы растворителем. Затем экстрагент с извлекаемым компонентом отделяется от твердой фазы. В качестве растворителей в произ­водстве антибиотиков используют воду, водные растворы кис­лот или щелочей, органические растворители.

Существует несколько способов проведения экстракции из твердой фазы: экстракция с перемешиванием, экстракция в не­подвижном слое, экстракция одно- и многоступенчатая, прямо­точная и противоточная.

Экстракция с перемешиванием - наиболее простой способ извлечения антибиотика. Экстракцию с перемешиванием проводят в экстракторе, который представляет собой герметичный аппарат из нержавеющей стали с мешалкой. Аппарат приспо­соблен как для экстракции антибиотиков из твердой фазы, так и для последующего отделения экстракта от отработанного ми­целия.

Мицелий через люк загружают в экстрактор и туда же приливают растворитель из расчета 3 ч (масс.) растворителя на 1 ч (масс.) мицелия. Процесс проводят при комнатной тем­пературе и постоянном перемешивании в течение 1 ч.

После окончания экстракции полученный экстракт отфильтровывают от мицелия в сборник под давлением сжатого азота. Для осуществления фильтрования в днище экстрактора закреплена решетка, на которую натягивают фильтрующую ткань (бельтинг, бязь). С помощью специального приспособления днище может быть опущено для облегчения смены фильтрующего полотна.

Оставшийся после фильтрования экстракта мицелий содержит еще значительное количество антибиотика. Чтобы извлечь его, проводят вторую экстракцию, для чего в экстрактор зали­вают экстрагент из расчета 2 ч (масс.) растворителя на 1 ч (масс.) мицелия, перемешивают в течение 1 ч и отфильтровывают экстракт от мицелия. Отработанный мицелий подвергают третьей экстракции, используя 1 ч (масс.) растворителя на 1 ч (масс.) мицелия, и отфильтровывают экстракт. Второй и тре­тий экстракты объединяют с первым, если концентрации антибиотика в них достаточно высоки. При низких концентрациях антибиотика во втором и третьем экстрактах их используют в качестве экстрагентов для первой экстракции антибиотика из свежего мицелия, т. е. ведут экстракцию по принципу противо­тока. Экстракт, содержащий антибиотик, подвергают реэкстракции. Мицелий, остающийся на фильтре, продувают азотом от остатков растворителя и направляют на утилизацию.

Для получения концентрированного экстракта применяют батарею из 2 - 3 и более последовательно соединенных колонн. Экстракция в батарее осуществляется по принципу противотока: в первую, т. е. головную колонну, где находится наиболее истощенный осадок антибиотика, подают свежий растворитель. Когда концентрация выходящего из этой колонны экстракта становится ниже допустимой, колонну отключают, а вместо нее к концу батареи присоединяют колонну со свежим осадком антибиотика. Таким образом, головным становится диффузор, бывший ранее вторым, общее же число экстракторов в батарее не меняется.

Из отключенной колонны вынимают с помощью тали патроны со шламом и направляют их на разгрузку. Затем колонну заполняют патронами-вставками со свежим мицелием и подключают к батарее в качестве последнего аппарата.

Экстракт, содержащий антибиотик, направляют на реэкстракцию. Для выделения внутриклеточных антибиотиков проводят дезинтеграцию клеточных оболочек. Дезинтеграция может быть осуществлена химическими, биологическими или физическими способами.

Химический способ дезинтеграции основан на действии химических peaгентов, которое приводит к деструкции упорядоченных структур клеточной стенки микроорганизмов. Обработка суспензии микроорганизмов щелочью, мочевиной, глице­рином, аммиаком или пероксидом водорода повышает проницаемость клеточных стенок, благодаря чему биополимеры выводятся из клеток в раствор.

Химические способы дезинтеграции пока не нашли широкого распространения в микробиологической промышленности, так как химические реагенты не только действуют на клеточную оболочку, но и могут вступать в реакции с компонентами клетки.

Биологические способы разрушения клеточной оболочки ос­нованы на действии литических ферментов. Автолиз (или рас­щепление) клеточной стенки может происходить под действием или собственных внутриклеточных гидролитических ферментов, или действием ферментных препаратов. Процесс протекает в кислой среде при температуре 30 - 35 °С в течение нескольких часов. В результате образуется смесь продуктов гидролиза: аминокислоты, пептиды, полипептиды и т. д.

Ферментативная дезинтеграция относится к наиболее мягким способам разрушения клеточной оболочки, однако она пока не получила широкого применения из-за сравнительно высокой стоимости ферментных препаратов.

Физическая дезинтеграция - это процесс механического воздействия на клетку, который сопровождается быстрым перемещением разрушаемого материала в зоне действия дезинтегрирующих сил. Процесс происходит при высоких скоростях в непрерывном режиме и может быть автоматизирован.

Клетки микроорганизмов могут быть разрушены также путем замораживания и оттаивания, истирания, экструзии, воздействия ультразвука и др. На основе этих процессов созданы установки, которые применяются при дезинтеграции различных видов микроорганизмов.

В результате дезинтеграции клеточной биомассы внутрикле­точные биополимеры оказываются в растворе, из которого их выделяют тем или иным способом, например экстракцией.

Выделение белковых веществ из сложной смеси дезинтегрантов клеток - очень трудоемкий и дорогостоящий процесс, который целесообразно применять в производстве только очень ценных биологически активных веществ.

Дата добавления: 2014-01-04