Методы, с помощью которых можно гомогенизировать живую среду и их особенности

Гомогенизация живых сред

Особенности процесса гомогенизации живой среды

Что понимают под гомогенизацией?

Определение 1

Гомогенизация живой среды является процессом создания устойчивой во времени однородной структуры среды, в ходе которого устраняются мельчайшие неоднородности среды.

Продолжительность сохранения гомогенности среды определяется тем, какие компоненты в нее входят. Есть множество сред, которые можно гомогенезировать при помощи специального устройства, который называется гомогенизатором. К таким средам относится, к примеру, пищевая среда.

Пример 1

Гомогенизатор для масла широко используется в пищевой промышленности, а при помощи гомогенизатора молока создается молоко, способное храниться на протяжении длительного времени.

Выделение целевого продукта в биотехнологии определяется способом накопления этого продукта в живой клетке. Кроме того, он может выделяться в культуральную жидкость. А еще, сама клеточная масса может стать продуктом гомогенизации.

Определенные сложности возникают при выделении продукта, накапливаемого в клетках. Происходит это следующим образом:

клетки отделяют от культуральной жидкости;
осуществляется процесс дезинтеграции (клетка разрушается);
очищение целевого продукта от массы компонентов разрушенных клеток.

Замечание 1

Процесс выделения продукта становится легче, если этот продукт экскретируется организмом продуцентом в культуральную жидкость.

Предварительная обработка — важный этап процесса гомогенизации живой среды. Она также состоит из нескольких этапов:

сепарации и дезинтеграции;
экстракции и хромотографии;
центрифугирования и электрофореза.

Сепарация — начальный этап гомогенизации целевого продукта, на котором происходит разделение культуральной жидкости и биомассы. В некоторых случаях перед сепарацией изменяют pH, нагревают среды или добавляют коагулянты.

Сепарация осуществляется при помощи таких методов как:

фильтрование;
центрифугирование;
флотация.

Методы гомогенизации живой среды

Выделяют несколько ключевых групп среди методов гомогенизации клеток и прочих типов сред растительного и животного происхождения.

Есть физические методы гомогенизации, к которым относят:

растирание с твердыми материалами. В специальной ступке с использованием пестика клетки растирают с песком или абразивным порошком. Отмечаются неплохие результаты в случае продавливания клеток и смешивания с абразивными частицами. В этом случае используют пресс Хьюза. Есть и модификация такого метода, которая представляет собой продавливание клеток при температуре −25 градусов;
разрушение клетки в живой среде. Разрушение происходит в результате вращения лопастей и поршня, при поступательном движении вверх или вниз шаров гомогенизаторов;
разрушение клеток, происходящее под воздействием методов высокого давления. Таким образом в большинстве случаев разрушаются клетки микробов. Здесь используют специальные прессы, среди которых наиболее распространенный — френч-пресс. Важно отметить, что разрушение клеток идет под давлением, которое оказывает влияние на клеточную суспензию через узкое отверстие;
разрушение клеток при помощи ультразвука, замораживания и последующего оттаивания, декомпрессии. Происходит резкое сжатие клеточной суспензии, а затем сброс давления.

Также выделяют и химические методы гомогенизации, которые основаны на том, что в живую среду добавляют различные органические растворители, такие как бензол, толуол, хлороформ. Применяется и осмотический шок, и множество химико-ферментативных методов.

Замечание 2

Практикуется и добавление антибиотиков. Клеточные стенки могут перевариваться при помощи различных ферментов или сложных комплексных препаратов.

В некоторых случаях гомогенизация протекает при помощи консервации. Здесь используют:

обезвоживание;
воздушная сушка при различных температурах;
сушка в кипящем слое;
лиофилизация;
замена воды в живой среде на неводные растворители вроде глицерина, а также хранение штаммов микроорганизмов на различных твердых подложках.

Также химические методы гомогенизации — это:

замораживание;
добавление антибиотиков;
изменение ионной силы и pH.

Еще проводят стабилизацию продукта, которая осуществляется при помощи сушки и обезвоживания, добавления различных неорганических ионов и даже антибиотиков. Нередко добавляются различные органические ионы и растворители.

Чтобы стабилизировать биологическую среду, применяют разные биотехнологические процессы. К примеру, если сталкиваются с порчей меланжа, то для остановки процесса удаляют из него углеводы. На меланже выращиваются пропионовые бактерии, которые отвечают за повышение его питательной ценности. Таким образом меланж насыщается органическими кислотами и витамином В12.

Модификация — еще один популярный способ гомогенизации живой среды.

Определение 2

Под модификацией понимают такое изменение питательной среды, которое ставить перед собой цель «заготовить» конкретный продукт жизнедеятельности.

К примеру, пенициллин G, который образуют Penicillin potatum, модифицируют для того, чтобы получить ампициллин и прочие полусинтетические пенициллины.

Модификация позволяет придать продукту специальную оптическую асимметрию. В таком случае биологически объект начинает выборочно потреблять один из изморов, создавая таким образом в среде свой оптический антипод.

Некоторые ферменты и гормоны также получают в результате гомогенизации. К примеру, инсулин быка. У него остригают аминокислотные остатки, что делает этот инсулин таким же, как инсулин, находящийся в человеческом организме. В этом случае продукт медленно и под высоким давлением подается к гомогенизирующему клапану. Для процесса гомогенизации достаточно даже одного такого клапана — в случае обработки рассеиванием. Но одновременно могут использоваться и два гомогенизирующих клапана.

Как видно, процесс гомогенизации не является простым, однако с его помощью вносятся необходимые изменения в определенную живую среду, а это делает ее стабильнее и устойчивее.