В случаях, когда целевой продукт локализован в клетках микроорганизмов и самопроизвольно не переходит в жидкость, приходится применять специальную операцию разрушения клеток, в результате чего их содержимое оказывается в водной фазе, откуда его можно выделять практически теми же методами, что и другие, внеклеточные, продукты метаболизма.
Дезинтеграция клеток – это не стерилизация. При дезинтеграции важно не просто сделать клетки нежизнеспособными (например, путем нагрева), но главное нарушить оболочку клеток, чтобы внутриклеточное содержимое (цитоплазма) могло выделиться в окружающую клетку жидкость или могло быть выделено из нее через ослабленную клеточную стенку.
Нежелательны дальнейшие измельчения полученного дезин- теграта. Именно «однократность» процесса разрушения клетки отличает дезинтеграцию от измельчения обычных материалов.
И все же в терминах процессов и аппаратов химической технологии процесс дезинтеграции более всего близок к процессу измельчения материалов. Трудности по сравнению с традиционными объектами химической технологии заключаются в следующем:
- микробные клетки весьма малы;
- они имеют плотность, близкую к плотности окружающего раствора;
- клеточные стенки построены из природных биополимеров, достаточно эластичных и прочных.
Различия в составе клеточных стенок. Клеточные стенки различных видов микроорганизмов отличаются по толщине, составу и свойствам. Рассмотрим эти различия.
Грамположителъные бактерии. Стенки достаточно толстые (15–20 нм), содержат 40–90% пептидо-гликанов (т. е. полимеров с аминокислотными и глюкозными составляющими цепи), а остальное – полисахариды и тейхоевые кислоты.
Грамотрицателъные бактерии. Клетки содержат гораздо более тонкий пептидо-гликановый слой (до 2 нм), но зато имеют внешнюю мембрану.
Дрожжи имеют стенки клетки толщиной около 70 нм (чем клетка старше, тем толще). Они построены в основном из полисахаридов (глюканов и маннанов).
Грибы. В большинстве грибов стенки клетки состоят главным образом из полисахаридов – глюкана, хитина, а также гликопротеина.
Животные клетки имеют очень тонкие стенки (одна цитоплазматическая мембрана).
Чувствительность клеток к внешним механическим воздействиям. По чувствительности к внешним механическим воздействиям клетки разной природы располагаются в таком ряду (в порядке понижения чувствительности):
животные клетки → грамотрицательные бациллы и кокки → грамположительные бациллы → дрожжи → грамположительные кокки → споры → мицелий грибов.
Классификация методов дезинтеграции клеток. В общей форме классификация представлена на рис. 14.1.
Рис. 14.1. Классификация методов разрушения клеток
Все методы состоят из двух больших групп: механические (физические) и немеханические методы.
Механические методы делятся на две подгруппы в зависимости от фазы, в которой происходит процесс дезинтеграции: твердофазные и жидкофазные. Твердофазные методы подобны методам измельчения твердых тел любого происхождения (размол, экструзия). Понятно, что биомасса клеток перед началом такого процесса должна быть переведена в замороженное состояние.
Немеханические методы включают в себя сушку, которая резко изменяет структуру клеток и их оболочек, и лизис различной природы (под воздействием физических, химических и ферментативных факторов).
