Тонкая очистка продуктов биотехнологического процесса
Рассмотренными методами можно получить относительно грубоочищенные препараты со степенью очистки целевого продукта 5–10.
Для многих целей такой очистки оказывается достаточно и этим следуетпользоваться, так как простые по технологии процедуры с использованием дешевых реагентов приводят к получению препаратов с низкойсебестоимостью.
Однако иногда возникает необходимость получения высокоочищенных препаратов (например, получение продуктов для применения вмедицине в качестве лекарственных или диагностических средств, атакже для исследовательских целей в области молекулярной биологии,биохимии, биоорганической химии и т. д.).
При разработке процессов получения высокоочищенных биопрепаратов используются процедуры тонкой очистки, большая часть которыхзаимствована из лабораторной практики. Здесь, однако, нужно обратитьвнимание на следующее: лабораторные процессы получения высокоочищенных препаратов разрабатывались для получения одного целевого продукта без учета возможностей использования экстракта биомассыдля извлечения других полезных продуктов. Таким образом, разработкатехнологического процесса получения целевого продукта в высокоочищенном состоянии в настоящее время чаще всего осуществляется путемслучайного подбора процедур фракционирования. Какой-либо обобщенной концепции конструирования такого рода технологических процессов в настоящее время не существует.
|
|
|
На рис. 5 представлено условное отображение типичной процедуры очистки продукта в обобщенных координатах: логарифм степениочистки (lg pf) – порядковый номер технологической стадии.
Рис. 5. Обобщенное представление технологического процесса
Процесс может быть разделен условно на три фазы: стадии 1 и 2 –грубое фракционирование, стадии 3 и 4 – основная очистка, стадия 5 –финишная очистка.
Грубое фракционирование обычно включает разрушение клеточноймассы и отделение целевого продукта (например, белка) от остальныхкомпонентов экстракта (нуклеиновых кислот, полисахаридов, липидов).
Цель этих процедур – облегчение последующего фракционирования.
Как правило, на этой фазе технологического процесса значительногообогащения целевого продукта не достигается.
Вторая фаза очистки обеспечивает отделение целевого продукта отосновной массы компонентов той же природы (в нашем случае – белков). Здесь используются наиболее существенные отличия в физико-химических свойствах целевого продукта от остальных белковых компонентов разделяемой смеси. За счет этих различий и достигается очистка.
На последней фазе, в которую вступает зачастую почти индивидуальный в химическом смысле целевой продукт, осуществляется его отделение от микропримесей других компонентов, близких по свойствам кцелевому продукту. Очевидно, что и на этой стадии существенного обогащения продукта также не достигается, однако очень часто процедуры,используемые на этом этапе процесса самым существенным образомсказываются на качестве продукта.
|
|
|
Специфичность стадий технологического процесса
Проанализируем вторую фазу процесса – фазу основной очистки.
Обычно на этом этапе используются в различных комбинациях одни ите же основные приемы фракционирования биологических экстрактов:фракционное разделение, хроматографическое разделение, препаративный электрофорез и т. д.
В реальных процедурах очистки выход высокоочищенного продукта обычно невысок и редко превышает 20 % от его содержания в исходной биомассе. Процессы являются многостадийными. Легко подсчитать, что даже при выходе целевого продукта на каждой стадии ~80 %(что является довольно высоким показателем), при последовательномприменении таких шести стадий общий выход выделяемого продуктасоставит 25 %.Трудоемкость и относительно большое число стадий обусловленоих низкой эффективностью.
|
|
|
Для характеристики эффективности стадии фракционирования используется количественный показатель – коэффициент специфичноститехнологической стадии. Его определяют как степень обогащения целевого продукта на данной стадии.
Можно условиться, какую специфичность считать высокой, а какую – низкой. Учитывая, что большинство процедур разработано дляочистки ферментов, проведем рассуждения в применении к этим продуктам.
Содержание фермента в клетке обычно составляет 0,1 – 1 % от общего содержания белкового материала, следовательно, для полученияиндивидуального фермента его необходимо обогатить в 100–1000 раз посравнению с исходным клеточным экстрактом. Процедуру считаютудовлетворительной, если требуемая степень очистки достигается за тристадии фракционирования. При этом необходимо, чтобы коэффициентспецифичности каждой из этих стадий был более пяти. Именно такиестадии считаются специфичными. Понятно, что использование в технологическом процессе лишь специфических стадий приведет к снижениютрудоемкости процесса, сокращению потерь продукта и в целом к повышению эффективности технологии и снижению себестоимости продукта.
К настоящему времени накоплен обширный экспериментальныйматериал по различным методическим приемам фракционирования клеточных экстрактов, среди них значительное число специфичных стадийфракционирования. В процессах тонкой очистки целевых продуктов специфические стадии фракционирования используются весьма широко. Наиболее распространенным вариантом является хроматография.
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 1131; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!