В этом разделе мы изучим последовательность операций выделения и очистки продуктов биопроцессов и приведем несколько примеров таких типичных для биохимической технологии последовательностей, включающих отделение твердых веществ, первичное концентрирование, очистку и окончательную обработку.
Прежде чем перейти к изучению деталей технологии выделения и очистки, полезно оценить взаимосвязи между биореакцией и операциями выделения. Поступающие в реактор питательные вещества в предельных случаях могут быть чрезвычайно сложной смесью или вполне определенным химическим соединением (или смесью нескольких соединений). Сложная среда часто обеспечивает более высокий выход продукта или биомассы, но образующийся в таком случае бульон более неоднороден, и поэтому выделение продукта может вызвать большие затруднения. Применение более дорогих сред с определенным химическим составом может быть оправдано упрощением операций выделения при производстве дорогостоящих препаратов. Аналогично обеспечение высокой производительности биореактора несовместимо с одновременной полной утилизацией субстрата. Стремление добиться наиболее полного использования питательных веществ, с одной стороны, приводит к снижению удельной скорости осуществляющихся в биореакторе процессов, а с другой — к тому, что культуральная жидкость практически не содержит ряда мешающих растворенных веществ (например, Сахаров), которые могут затруднить операции выделения продукта или снизить устойчивость готового сухого продукта.
Судя по богатому опыту, накопленному в фармацевтической промышленности, при проведении биопроцессов необходимо придерживаться следующих принципов:
1. Количество вводимых в систему пеногасителей должно быть минимальным, поскольку поверхностно-активные вещества могут стабилизировать эмульсии в последующих операциях экстракции.
2. Для регулирования рН лучше вводить кислоты и основания, а не буферные растворы.
3. Для стерилизации лучше использовать тепловую обработку, а не химические агенты.
4. Выделять продукт легче в тех случаях, когда он образуется только в одной фазе (внутри клеток или в среде); напротив, выделение затруднено, если продукт распределен между биофазой и культуральной жидкостью.
5. Количество непрореагировавшего субстрата должно быть минимальным. Чтобы свести к минимуму требования, предъявляемые к последовательным операциям выделения продукта, следует избегать присутствия непрореагировавшего субстрата, непревращенных питательных веществ и любых других нерастворимых твердых веществ.