Гомогенизация живых сред

Процесс гомогенизации живой среды

Длительность сохранения гомогенности среды напрямую зависит от ее компонентов. Различные живые среды, например, пищевые можно гомогенизировать с помощью специализированного прибора – гомогенизатора. Например, гомогенизатор для масла очень широко применяется в пищевой промышленности. Гомогенизатор молока позволяет создать «молоко длительного хранения».

Схема выделения целевого продукта в биотехнологии может существенно различаться в зависимости от того, каким образом продукт накапливается в живой клетке. Также он может выделяться в культуральную жидкость. Кроме того, продуктом гомогенизации может являться сама клеточная масса. Сложнее всего выделить продукт, который накапливается в клетках. Для этого проводят следующие действия:

• клетки отделяются от культуральной жидкости;
• проходит процесс дезинтеграции или разрушения клетки;
• целевой продукт очищается от массы компонентов разрушенных клеток.

Выделение продуктов облегчается, в том случае, если он экскретируется организмом продуцентом в кульутральную жидкость.

Важным этапом в процессе гомогенизации живой среды является предварительная обработка. Она включает в себя этапы:

• сепарации и дезинтеграции;
• экстракции и хроматографии;
• центрифугирование и электрофорез.

Сепарация является первичным этапом на пути гомогенизации целевого продукта. Она представляет собой разделение культуральной жидкости и биомассы. Иногда перед сепарацией необходимо проводить изменение рН, нагреть среду, добавить белки коагулянты.

Сепарацию проводят методами:

• фильтрования;
• центрифугирования,
• флотации.

Методы гомогенизации живых сред

Среди методов гомогенизации клеток, а также других типов сред (животного и растительного происхождения) можно выделить несколько ключевых групп.

К физическим методам гомогенизации можно отнести следующие:

• растирание с твердыми материалами. Клетки растираются с песком или абразивным порошком в специальной ступке при помощи пестика. Хорошие результаты можно получить при продавливании клеток, при их смешивании с абразивными частицами. Для этого используется пресс Хьюза. Такой метод имеет модификацию – продавливание клеток при температуре – 25;
• разрушение клетки в жидкой среде. При этом происходит разрушение при вращении лопастей и поршня при поступательном движении вверх или вниз или шаров гомогенизаторов;
• разрушение клеток с помощью применения методов высокого давления. Этот метод в основном используется для разрушения микробных клеток. Для данной цели пользуются специализированными прессами, самым распространенным методом можно назвать использование френч – пресса. При этом разрушение клеток происходит под давлением, которое влияет на клеточную суспензию через узкое отверстие;
• разрушение клеток с помощью ультразвука, замораживания и оттаивания, декомпрессии. При этом клеточную суспензию сжимают, а потом резко сбрасывается давление.

Химические методы гомогенизации заключаются в процессе добавления в живую среду различных органических растворителей, например, толуола, бензола, хлороформа. Также применяют осмотический шок и различные химико-ферментативные методы.

Кроме того, иногда применяют добавление антибиотиков, переваривание клеточных стенок различными ферментами или сложными комплексными препаратами.

В отдельных случаях для гомогенизации живых средств проводят консервацию. В рамках данного метода применяются: обезвоживание; воздушная сушка при различных температурах; сушка в кипящем слое; лиофилизация. Также проводится замена воды в живой среде на неводные растворители (глицерин, хранение штаммов микроорганизмов на различных твёрдых подложках).

Помимо того, к химическим методам гомогенизации относят:

• замораживание,
• добавление антибиотиков;
• изменение ионной силы и PН.

Также проводят стабилизацию продукта. Стабилизация живой среды проводится сушкой и обезвоживанием, добавлением различных неорганических ионов, возможно, антибиотиков. Кроме того, достаточно часто добавляют различные органические ионы и растворители.

Для стабилизации биологической среды часто используют различные биотехнологические процессы. Например, порчу меланжа предотвращают путем удаления из него углеводов. С этой целью на нем выращивают пропионовые бактерии, повышающие его питательную ценность. Меланж обогащается органическими кислотами и витамином В12.

Весьма популярным способом гомогенизации живой среды является модификация.

Например, пенициллин G, образуемый Penicillin potatum, модифицируют с целью получения ампициллина и других полусинтетических пенициллинов.

Путем модификации продукту придают специализированную оптическую асимметрию, когда биологический объект избирательно потребляет один из изомеров и в среде создается его оптический антипод.

Также путем гомогенизации получают ряд ферментов, гормонов. Например, инсулин быка. У него «остригают» так называемые аминокислотные остатки, и он становится идентичным инсулину человеческого организма. При этом продукт подают к гомогенизирующему клапану на довольно маленькой скорости, но под высоким давлением. Гомогенизация может осуществляться с использованием одного гомогенизирующего клапана (в том случае, если проводится обработка рассеиванием), но также могут быть одновременно задействованы два клапана гомогенизатора.

Таким образом, процесс гомогенизации весьма сложен, но он позволяет внести все необходимые изменения в живую среду, сделав ее более стабильной и устойчивой.