Выделение белка одноклеточных организмов

 

При выделении биомассы, являющейся главным, а не побочным (как, например, при производстве глутаминовой кислоты или антибиотиков) продуктом производства, применяют очень простые операции. В двух микробиологических процессах, разработанных недавно компаниями ICІ и Hoechst, выращенную на метаноле биомассу отделяют с помощью простого концентрирования. Для этой цели в процессе ICІ применяют коагуляцию и декантацию, после чего получают продукт, содержащий 25 г биомассы (сухих веществ) в литре, а в процессе Hoechst биомассу выделяют электрокоагуляцией. Полученную биомассу, обладающую достаточно высокой плотностью, можно далее обезводить центрифугированием, минуя промежуточную стадию фильтрования. Процесс завершается распылительной сушкой.

РИС. 11.44. Производство чистого этанола методом азеотропиой дистилляции (Э — этанол, В — вода, Б — бензол). (Из работы: Malorella В., Wilke С. R., Blanch Н. W., Alcohol Production and Recovery, Adv. Biochem. Eng., Fiechter A. (ed.), vol. 20, p. 43, Springer-Verlag, Berlin, 1981.)

 

Разработка способа выделения биомассы без фильтрования была обусловлена, во-первых, необходимостью непрерывной переработки больших объемов, что исключало применение рамных фильтр-прессов; во-вторых, постоянным засорением ротационных вакуум-фильтров мелкими микроорганизмами; в-третьих, невозможностью применения вспомогательных фильтрующих материалов, которые загрязнили бы продукт процесса (биомассу). В этих разработанных в последние годы процессах применяют не дрожжи, а бактерии, обладающие, как правило, более высокой удельной скоростью роста.

Биомассу сравнительно медленно растущих дрожжей выделять легче, чем биомассу бактерий, что обусловлено большим размером дрожжевых клеток (обычно d=5—8 мкм) по сравнению с бактериальными клетками (d=1—2 мкм).

 

Таблица 11.8. Расход энергии на операции выделения этанола^а

Так, пекарские дрожжи Saccharomyces cerevisiae (p= 1,133 г/см³) можно выделять из 3—5%-ного бульона с помощью вертикальных центрифуг непрерывного действия или центрифуг с соплами. Один цикл такой обработки обеспечивает трехкратное концентрирование, а после нескольких операций центрифугирования получают дрожжи в виде пастообразной массы, поддающейся перекачке насосами и содержащей 18—20% сухих веществ дрожжевых клеток.

Плесневые и высшие грибы можно выделять с помощью корзиночных (отжимных) центрифуг, ротационных вакуум-фильтров или сетчатых фильтров; таким путем получают биомассу, содержащую 22—45% твердых веществ, которую затем сушат. Экономия, достигаемая за счет более простого способа выделения, может, однако, перекрываться дополнительными расходами, связанными с более медленной скоростью роста этих организмов; напомним, что время удвоения бактерий и дрожжей равно 20—30 мин и 2—3 ч соответственно, а время удвоения плесней, водорослей и высших грибов составляет несколько часов.

На завершающей стадии обработки биомассы перед ее расфасовкой и упаковкой отделяют нежелательные непрореагировавшие субстраты. В случае углеводов не возникает никаких проблем. Метан всегда регенерируют и повторно используют в биопроцессе, а следовые количества метанола легко удаляются в процессе сушки. Если же при производстве белка одноклеточных организмов в качестве субстрата используется газойль,то отделение непрореагировавшего субстрата от биомассы всегда вызывает трудности, несмотря на сложную систему очистки, включающую операции декантации, разделения фаз с помощью растворителей, промывки растворами поверхностно-активных веществ, экстракции растворителями. При получении белка одноклеточных организмов на чистом алкане для полного отделения непрореагировавшего субстрата достаточно промывки раствором поверхностно-активных веществ после первого центрифугирования. Завершающая операция обработки белка одноклеточных организмов должна обеспечивать практически полную гибель как основного, так и всех других типов организмов, но в то же время, чтобы не снизилось качество продукта, она не должна быть слишком жесткой, как, например, при сушке на барабане, которая приводит к чрезмерному потемнению биомассы.

Если биомассу предполагается использовать в пищевой промышленности, то необходимо предусмотреть способы снижения содержания ДНК. Изучались два подхода к решению этой задачи, в одном из которых ДНК, находящуюся в клетках, разрушают путем теплового удара или экстракции щелочами, а в другом клетки дезинтегрируют и выделяют белковую фракцию. Недостатком второго подхода является обычно низкий выход белков.