下面筆者談下藥廠設計之抗生素的預處理和固液分離工藝。發酵后獲得的發酵液是一種混合物,其中除含有需要的產品外,還含有未轉化的底物、不能轉化的物質、大量水、微生物體以及各種微量雜質。因此,必須將含量甚少的目的產物從反應液(指胞外產物)或細胞(指胞內產物)中提取/分離出來,精制/純化,才能獲得合乎要求的生物藥物。采用何種方法和手段取決于發酵液的特性(黏度、產物濃度、雜質含量等)和所需產品的形式(如結晶狀產品、濃縮液、粗制溶液、干燥粉末等)??股氐奶崛?、分離與精制或純化大致都經過下列各階段。
胞內產物需經細胞破碎、細胞碎片分離等步驟。胞外產物則將細胞去除后,對余下的液體即可進行初步純化。在初步純化及其以前的各步操作,處理的體積較大,著重于濃縮,稱為提取或分離;以后各步為精細的分離操作,著重于純化,稱為精制(或純化)。
預處理的目的是改變發酵液(培養液)的物理性質,以利于固液分離,并去除發酵液(培養液)中部分雜質便于后續各步操作。預處理的方法有加熱、凝聚和絮凝。加熱是最簡單和經濟的預處理方法,即把發酵液(養液)加熱到所需溫度并保溫適當時間。加熱能使雜蛋白變性凝固,從而降低發酵液(培養液)的黏度,使固液分離變得容易。但加熱的方法只適合對熱穩定的生物活性物質。凝聚和絮凝在預處理中,用于細小菌體或細胞(分泌胞外產物)、細胞的碎片(分泌胞內產物)以及蛋白質等膠體粒子的去除。其處理過程就是將一定的化學藥劑預先投加到發酵液(或培養液),改變細胞、菌體和蛋白質等膠體粒子的分散狀態,破壞其穩定性,使它們聚集成可分離的絮凝體,再進行分離。
固液分離常用的方法有過濾、離心等。過濾和離心相比,無論是投資費用還是運轉費用,前者都要小得多,因而首選方法應是過濾。但因發酵液中的不溶性固形物和菌體細胞均是柔性體,細胞個體很小,特別是細菌,過濾時形成的濾餅均是高度可壓縮性的,所以造成過濾困難。
如果產物在細胞內,收集細胞后就還要進行細胞的破碎和細胞碎片的分離。細胞碎片比細胞更難分離。
細胞破碎常用的方法有機械破碎(高壓勻漿、高速球磨)、非機械法(化學破碎、酶破碎、滲透壓沖擊法、凍結融化法、干燥法)。近年來,雙水相萃取技術引起了廣泛關注,它可以通過選擇適當的條件,使細胞碎片集中于一相而達到分離。