3. Разделение жидкости и биомассы

Чаще всего целевой продукт находится либо в самой биомассе, либо в культуральной жидкости. В обоих случаях необходимо сначала разделить эти две фазы. В зависимости от свойств биомассы и жидкости для этих целей применяют различные процессы.

Отстаивание – разделение под действием гравитационных сил (обычно при очистке сточных вод).

Фильтрация – пропускание суспензии сквозь фильтрующий материал, на котором задерживаются частицы твердой фазы – биомасса. Такой способ применяют при производстве антибиотиков, особенно в тех случаях, когда микроорганизм-продуцент имеет мицелиальную форму.

Сепарация, центрифугирование – разделение под действием центробежных сил. Наиболее часто используется для отделения дрожжей или бактерий при производстве кормовой биомассы.

Микрофильтрация, ультрафильтрация – пропускание суспензии сквозь мембраны с малым размером пор, обеспечивающее удерживание клеток на мембране и получения раствора, свободного от взвешенных клеток. Ультрафильтрация способствует удерживанию не только клеток, но и крупных молекул растворенных веществ.

Коагуляция – добавление в суспензию реагентов, способствующих образованию и осаждению более крупных клеточных агломератов и отделению их от жидкости путем отстаивания.

Флотация – захват биомассы микроорганизмов пузырьками пены и выделение ее из пенной фракции.

4. Выделение продуктов биосинтеза

Эта стадия имеет определенные отличия, связанные с тем, являются ли целевые продукты внеклеточными или внутриклеточными.

Так, для внутриклеточных продуктов сначала необходимо разрушить клеточную стенку определенным способом.

Дезинтеграция клеток. Этот процесс разрушения клеточной стенки может осуществляться как физическими методами (с помощью мелющих тел, путем замораживания и продавливания, воздействием ультразвука, методом декомпрессии – резкого сброса давления), так химическими и биотехнологическими.

Гидролиз – разрушение клеточной стенки под действием химических реагентов и температуры.

Ферментолиз – разрушение клеточной стенки под действием ферментов при повышенной температуре.

Автолиз – разновидность ферментолиза, когда используют собственные ферменты клетки.

После проведения предварительной операции разрушения клеток выделение целевого продукта осуществляется из раствора методами, которые являются общими для вне- и внутриклеточных продуктов.

Экстракция – переход целевого продукта из водной фазы в несмешивающуюся с водой органическую жидкость (экстрагент). Наиболее известно выделение жироподобных веществ жидкими углеводородами, но применяются и многие другие экстрагенты (хлороформ, бутил, этилацетат и т.п.). экстракция прямо из твердой фазы (в том числе и биомассы микроорганизмов) называется экстрагированием.

Осаждение – выделение целевого продукта путем добавления к жидкости реагента, взаимодействующего с растворенным продуктом и переводящего его в твердую фазу.

Адсорбция – перевод растворенного в жидкости продукта в твердую фазу путем его сорбции на специальных твердых носителях (сорбентах).

Ионный обмен – то же, что и адсорбция, но в этом случае в твердую фазу переходят ионы (катионы или анионы), а не целиком молекулы целевого продукта или примеси.

Отгонка, ректификация – эти методы используют для выделения из культуральной жидкости легкокипящих продуктов.

Ультрафильтрация, нанофильтрация, обратный осмос – применяются для выделения высокомолекулярных соединений (белки, полипептиды, полинуклеотиды). Обратный осмос и нанофильтрация позволяет отделить даже небольшие по размеру молекулы.

Центрифугирование, ультрацентрифугирование используют для выделения вирусов, клеточных органелл, высокомолекулярных соединений.