Процессы в биотехнологии: основные приемы осуществления хроматографического процесса

24 Декабря в 21:21 1091 0


Основные приемы осуществления хроматографического процесса

Для хроматографического разделения смесей веществ используются различные технологические приемы, основанные на разных принципах взаимодействия компонентов разделяемой смеси с хроматографическими материалами (сорбентами).

Наиболее часто используются:
- ионообменная хроматография (сорбент представляет собой твердый носитель, содержащий ионизируемые в водных растворах функциональные группы, с которыми связываются компоненты разделяемой смеси);

- адсорбционная хроматография (сорбент представляет собой твердый носитель, на котором происходит обратимая сорбция компонентов разделяемой смеси за счет дисперсионного взаимодействия их с поверхностью твердой фазы.

Разделение осуществляется за счет различия в константах равновесия связывания компонентов смеси с поверхностью сорбента):
- хроматография на молекулярных ситах (гель-проникающая хроматография, гель-фильтрация); сорбент представляет собой гранулы геля, имеющий поры определенного размера, в которые могут проникать молекулы компонентов с размером ниже размера пор и не могут проникать молекулы с большим размеров пор.

Разделение достигается за счет разной скорости перемещения частиц с разными размерами молекул, при этом частицы большего размера движутся с большей скоростью. Такой вид хроматографии широко применяется при фракционировании компонентов клеточных экстрактов, и во многих случаях коэффициент специфичности этой процедуры высок. Однако для направленного применения гель-фильтрации в биотехнологии опять-таки необходимо располагать дополнительной информацией о размерах частиц целевого продукта;

- афинная хроматография (сорбент представляет собой твердый носитель, к которому химически присоединены функциональные группы, избирательно связывающие какой-либо из компонентов разделяемой смеси (по принципу «замка-ключа»); остальные компоненты раствора не взаимодействуют с носителем, а свободно выходят из колонки. Обычно к инертному носителю прикрепляют субстраты или ингибиторы ферментов.

Афинная хроматография
Рис. 2.5. Афинная хроматография



Например, для белка плазминогена субстратом является аминокислота лизин (рис. 2.5,а) - ее и закрепляют на твердом носителе. Через колонку пропускают сыворотку крови, и только плазминоген на ней закрепляется, а все остальные белки свободно проходят по колонке.

Затем плазминоген смывают с колонки, используя аминокапроновую кислоту (рис. 2.5,б), которая также является субстратом для плазминогена, но отличается более высоком сродством.

После завершения очистки биотехнологических продуктов производят их обезвоживание и стабилизацию. Это необходимо для увеличения их сроков годности.

На эти заключительные стадии продукт поступает в виде более или менее разбавленного раствора, так что приходится решать задачу концентрирования этого раствора, которое представляет собой удаление воды и низкомолекулярных компонентов. Наиболее простым методом является упаривание, однако оно не применимо в случае получения биологически активных соединений.

Таким образом, обычное упаривание применяется лишь для достаточно стабильных продуктов (низкомолекулярных продуктов биосинтеза, таких как аминокислоты и антибиотики). Во многих случаях оказывается необходимым получить продукт в сухом виде. Для этого используются различные технологические приемы сушки. В зависимости от свойств продукта применяют различные методы высушивания.

Сушка термостабильных препаратов осуществляется на подносах, ленточном конвейере, а также в кипящем слое. Особо чувствительные к нагреванию препараты высушивают в вакуум-сушильных шкафах (при пониженном давлении и температуре) и в распылительных сушилках. В этом случае раствор продукта подают в специальный аппарат через форсунку, которая обеспечивает распыление раствора на капли малого размера. В направлении, противоположном подаче раствора продукта, подается турбулентный поток горячего воздуха.

К стабилизации свойств биотехнологических продуктов ведет добавление в качестве наполнителей различных веществ.

Для стабилизации кормового белка добавляют отруби, кукурузную муку, обладающие дополнительной питательной ценностью. Для стабилизации ферментных препаратов используют глицерин и углеводы (КМЦ), которые препятствуют денатурации ферментов, а также ионы кобальта, магния, натрия и др.

Л.В. Тимощенко, М.В. Чубик
Похожие статьи
показать еще
 
Биотехнологии и биоматериалы