Секрет долголетия ночницы.

Биологи уже давно считают, что продолжительность жизни животного определяется очень просто: чем оно больше, тем дольше живет.

Оборудование в процессах выделения

Материалы по биологии и химии / Культивирование, выделение, очистка и идентификация продуцентов биомассы / Оборудование в процессах выделения

Страница 1

Культуральная жидкость, образующаяся в процессе ферментации, представляет собой сложную многофазную систему: в водной фазе содержатся клетки продуцента, продукты их жизнедеятельности, непотреблен-ные компоненты питательной среды, мельчайшие капельки жира, пузырьки воздуха, как правило, мел. В свою очередь водная фаза культуральной жидкости (нативный раствор) включает большое число органических и неорганических веществ, коллоидных фракций белков, сухой остаток культуральной жидкости - до 17% и более; содержание биомассы в культуральной жидкости достигает 8-10%. Концентрация целевого продукта чаще всего не превышает 1,5%, что составляет менее 10% сухого остатка. В зависимости от целевого назначения конечного продукта (для здравоохранения, технических целей, сельского хозяйства и т. д.) реализуют различной степени сложности схемы производства, при этом учитывают и место накопления целевого продукта - внутриклеточно или внеклеточно.

Если способы выделения целевых продуктов можно разделить на несколько типовых групп (рисунок 6), то очистка каждого из них практически индивидуальна, поскольку зависит от физико-химических свойств конкретного вещества.

Рисунок 6 - Возможные способы выделения целевого продукта

Примером наиболее простой схемы может служить производство биовита, базирующегося на использовании продуцента антибиотика хлортетрациклина. Кальциевый комплекс хлортетрациклина осажадают из культуральной жидкости при pH выше 7,0. Формирующийся при этом осадок увлекает с собой и клетки продуцента. Так в осадке вместе с биомассой оказываются внеклеточный антибиотик и внутриклеточный витамин В12. Осадок фильтруют, высушивают, размельчают, добавляют отруби в качестве наполнителя и фасуют. Этот комплекс используют в качестве добавки к корму для скота.

Если целевым продуктом является биомасса клеток, например, кормовые или пекарские дрожжи, необходимо их концентрирование (сгущение). При этом широко применяют флотацию, с помощью которой увеличивают концентрацию дрожжей в 4-6 раз. Основной движущей силой флотации являются всплывающие пузырьки газа, которые захватывают клетки и выносят их на поверхность. В результате над слоем отработанной культуральной жидкости образуется пенный слой, в котором сконцентрированы дрожжи. Процесс проводят в специально предназначенных для этой цели емкостных аппаратах - флотаторах, в которые нагнетают воздух и, в зависимости от их конструкции, диспергируют его через барботер или эжектор, пену гасят в специальной части аппарата с помощью пеногасителя и выводят сконцентрированную суспензию дрожжей.

Для последующего концентрирования дрожжей широко применяют сепарирование, например, с помощью сепаратора-сгустителя непрерывного действия тарельчатого типа СОС-501 К-3. Для сгущения суспензии дрожжей от 20-30 г/л до 550-600 г/л необходимо последовательное сепарирование в 2-3 ступени.

Методы извлечения целевых продуктов из клеток зависят от свойств изолируемых веществ. Полиеновые антибиотики, например, экстрагируют органическими растворителями из нативных клеток, тогда как эндоферменты получают из разрушенных (дезинтегрированных) клеток. На рисунке 7 представлена схема процесса выделения L-аспарагиназы. Клетки отделяют на дисковой центрифуге (позиция 4), позволяющей концентрировать от 6 г/л до 120 г/л по массе сухих веществ. Разрушение клеток проводят в гомогенизаторе (позиция 5) при двукратном пропускании высвобождается до 97% фермента. От остатков клеток освобождаются после добавления этанола (позиция 9) до 30% концентрации с последующей фильтрацией на ротационном фильтре (позиция 10). Затем фермент осаждают метанолом при его концентрации в маточнике 50% (позиция И), фильтруют (позиция 12), растворяют в воде и переосаждают (позиция 13) при концентрации метанола 60%. Осадок центрифугируют (позиция 12), снова растворяют в воде (позиция 14) и концентрируют ультрафильтрацией (позиция 16), затем выделяют с помощью сефадекса ДЕАЕ-А50 (позиция 19), осажадют этанолом (0,6 объема) при pH 5,0 (позиция 27) и собирают в корзинчатой центрифуге (позиция 28). Осадок еще раз растворяют в воде (позиция 29), стерилизуют фильтрацией через мембрану (позиция 30), разливают (позиция 32) и подвергают сублимационной сушке (позиция 34).

Рисунок 7 - Схема процесса выделения L-аспарагиназы: 1,5,17 - промежуточные емкости, 2, 6, 15, 18, 26 - насосы, 3 - теплообменник, 4 - дисковая центрифуга, 7 - аппарат для получения суспензии микробных клеток, 8 - гомогенизатор, 9 - аппарат для спиртового осаждения остатков клеток и белка, 10- ротационный фильтр, 11 - аппарат для осаждения фермента метанолом, 12 - центрифуга, 13 - аппарат для переосаждения фермента, 14 - аппарат для растворения фермента, 16 - аппарат для ультрафильтрации, 19 - колонка с сефадексом, 20, 21 - емкости для буферных растворов, 22, 23 - насосы для подачи буферных растворов, 24, 25 - емкости для сбора фракций, 31 - аппарат для осаждения фермента, 28 - центрифуга, 29 - аппарат для переосаждения, 30 - стерилизующая мембрана, 31 - осадитель, 32 - кювета, 33 - фасовочное устройство, 34 - сублимационная сушилка