¿Cuáles son los métodos de extracción y separación en la tecnología biofarmacéutica?
La tecnología microbiana industrial es un apoyo importante para el desarrollo sostenible y el soporte técnico fundamental para resolver crisis de recursos, crisis del medio ambiente ecológico y transformar las industrias tradicionales. El desarrollo de microorganismos industriales ha permitido que la biotecnología moderna penetre en casi todos los campos industriales, incluidos la medicina, la agricultura, la energía, la industria química, la protección del medio ambiente, etc., y desempeñe un papel importante. Países como Europa, Estados Unidos y Japón han hecho planes estratégicos en diversos grados para reemplazar los procesos químicos con procesos biológicos en las próximas décadas, lo que muestra el importante papel de la tecnología microbiana industrial en el desarrollo social futuro.
La tecnología farmacéutica microbiana es una parte importante de la tecnología microbiana industrial. El uso de fármacos microbianos se inició con los conocidos antibióticos, definidos generalmente como productos microbianos y sus derivados que inhiben o afectan selectivamente otras funciones biológicas en bajas concentraciones. (Algunas personas han sugerido que sustancias con la misma actividad fisiológica provienen de animales y plantas, como esencia de pescado, alicina, berberina, etc., y que también deberían pertenecer a la categoría de antibióticos. Sin embargo, la mayoría de los estudiosos creen que el concepto tradicional La utilización de antibióticos aún debe limitarse a los microorganismos. En los últimos años, debido al desarrollo de las ciencias biológicas básicas y la aplicación de diversas biotecnologías nuevas, se ha informado que los microorganismos producen un número cada vez mayor de otras sustancias bioactivas además de las antiinfecciosas. y antitumorales, como agentes de inhibición de enzimas específicas, inmunomoduladores, antagonistas de receptores y antioxidantes, etc., su actividad excede el alcance de inhibir las actividades vitales de ciertos microorganismos. Sin embargo, estas sustancias son metabolitos secundarios de microorganismos, y lo son. En términos de tecnología, tienen las mismas características que los antibióticos en los mecanismos biosintéticos, los procedimientos de investigación de detección y la producción, pero obviamente es inapropiado llamarlos antibióticos, por lo que muchos estudiosos se refieren a estos metabolitos secundarios fisiológicamente activos (o farmacológicamente activos) producidos por Microorganismos como fármacos microbianos. Se puede considerar que la tecnología de producción de fármacos microbianos incluye cinco aspectos:
El primer aspecto es la adquisición de cepas bacterianas
Según la información, contactar directamente con los científicos. instituciones de investigación, universidades y fábricas. O solicite o compre en el departamento de conservación de cepas; aísle y cribe nuevas cepas microbianas de la naturaleza.
El aislamiento de nuevas cepas se basa en los requisitos de producción y las características de las cepas, mediante diversos exámenes. Métodos y rápidamente. Seleccione con precisión las cepas requeridas. Si las bacterias utilizadas en el laboratorio o en la producción se contaminan accidentalmente con bacterias diversas, se debe realizar la operación de aislamiento específica desde los siguientes aspectos: Primero, verifique la información para comprender el. características de crecimiento y cultivo de las bacterias requeridas.
Muestreo: Recoger muestras de manera específica.
Proliferación: Mediante el control artificial de nutrientes o condiciones de cultivo, la cepa deseada proliferará y.
Aislamiento: Utilización de técnicas de aislamiento para obtener cepas puras.
Determinación del rendimiento de la fermentación: Estas características incluyen morfología, características del cultivo, requisitos nutricionales, características fisiológicas y bioquímicas. ciclo de fermentación, variedad y rendimiento del producto, temperatura máxima de tolerancia, temperatura óptima de crecimiento y fermentación, valor de pH óptimo, proceso de extracción, etc.
El segundo aspecto es la selección de cepas de alto rendimiento.
Todas las cepas utilizadas en la producción industrial son seleccionadas. El cultivo de cepas industriales es el uso de principios genéticos y tecnología para llevar a cabo una transformación multidireccional de cepas para fines biotecnológicos específicos a través de modificaciones, existiendo excelentes. Se pueden mejorar los rasgos, eliminar los rasgos indeseables o agregar nuevos rasgos.
Métodos de mejoramiento de cepas industriales: mutagénesis, transferencia de genes y recombinación genética.
El proceso de mejoramiento incluye la. siguientes tres pasos: (1) Introducción de genotipos beneficiosos sin afectar la viabilidad de la cepa (3) Evaluación de cepas mejoradas (incluida la escala experimental y la escala de producción industrial). métodos (1) la naturaleza de los rasgos a mejorar y su relación con el proceso de fermentación (como experimentos de fermentación por lotes o continuos); (2) una comprensión clara de esta genética y bioquímica de cepas específicas; (3) costos económicos; Si no se comprenden bien las características básicas y la tecnología de una cepa particular, a menudo se utilizan técnicas como la mutación aleatoria, el cribado y el mejoramiento.
Si tiene un conocimiento profundo de sus rasgos genéticos y bioquímicos, puede elegir métodos como la recombinación genética para la reproducción direccional.
Ideas específicas para mejorar las cepas industriales: (1) Eliminar o evitar el paso limitante de la velocidad en la ruta metabólica (aumentar el número de copias de un gen específico o mejorar la capacidad de expresión del gen correspondiente para aumentar la contenido de la enzima limitante de la velocidad Se introducen nuevos pasos metabólicos en la vía metabólica, proporcionando así una vía metabólica de derivación (2) aumentando la concentración de precursores (3) cambiando la vía metabólica, reduciendo la producción de subproductos inútiles y mejorando la toxicidad potencial de la cepa a altas concentraciones. (4) Inhibe o elimina las enzimas de descomposición del producto. (6) Elimina la inhibición por retroalimentación de los metabolitos.
La tercera parte es la tecnología de preservación de la cepa. >Transferir cultivo o preservación de subcultivo inclinado;
Crioconservación o criopreservación en nitrógeno líquido;
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Secado y conservación de soportes como tierra o perlas de cerámica
La cuarta parte es la determinación de las condiciones de fermentación
La fuente de energía para los microorganismos, Bacterias autótrofas: luz, tiamina; sales ferrosas: sustancias orgánicas como carbohidratos, aceite. y gas, y productos petroquímicos, como ácido acético.
Fuentes de carbono; azúcar hidrolizado de almidón, melaza, líquido residual de pulpa de sulfito, petróleo, n-alcanos, gas natural, productos petroquímicos como ácido acético. , metanol y etanol.
Fuente de nitrógeno, nitrógeno orgánico como torta de soja o hidrolizado de pupa de gusano de seda, líquido residual de glutamato monosódico, licor de maíz y granos de destilería, nitrógeno inorgánico como urea, sulfato de amonio, amoníaco y nitrato. y nitrógeno gaseoso
Sales inorgánicas, fosfatos, sales de potasio, sales de magnesio, sales de calcio y otras sales minerales, así como oligoelementos como hierro, manganeso y cobalto
Factores especiales de crecimiento , tiamina, biotina, ácido paraaminobenzoico, inositol, etc.
Medio Determinación
(1) En primer lugar, debemos hacer un buen trabajo de investigación e investigación para comprender. la fuente, los hábitos de vida, las características fisiológicas y bioquímicas y los requisitos nutricionales generales de las bacterias. Hay cuatro tipos principales de microorganismos utilizados en la producción industrial: bacterias, actinomicetos, levaduras y mohos. Sus necesidades nutricionales son únicas y tienen sus propias características. por lo que la composición del medio de cultivo debe considerarse en función de las características fisiológicas de los diferentes tipos de microorganismos.
(2) En segundo lugar, es necesario comprender las cepas de producción, las rutas metabólicas biosintéticas y las sustancias químicas. propiedades, estructuras moleculares de los metabolitos, métodos generales de extracción y requisitos de calidad del producto, para que pueda tener una idea a la hora de elegir un medio de cultivo.
(3) Lo mejor es elegir un mejor medio utilizando un buen producto químico. medio de síntesis como base, comenzamos a hacer algunos experimentos en matraces agitados; luego realizamos un cultivo en tanques de fermentación pequeños para explorar la utilización de varias fuentes principales de carbono y nitrógeno y la capacidad de producir metabolitos. proceso de cultivo y observe dos pH diferentes para el crecimiento, la reproducción y la formación de metabolitos, ajuste constantemente la proporción para adaptarse a la situación anterior.
(4) Tenga en cuenta que solo se permite una condición de cambio a la vez. , y primero se determina una proporción media. /p>
En segundo lugar, se determinó el impacto de varios iones metálicos y no metálicos importantes en la fermentación, es decir, se probaron los requisitos nutricionales de varios elementos inorgánicos y su máximo. Se probaron cantidades mínimas y óptimas. Después de obtener ciertos resultados en medios sintéticos, realice experimentos complejos en medios. Finalmente, se probó la relación entre las condiciones de fermentación y el medio de cultivo. El pH del medio de cultivo se puede ajustar añadiendo carbonato de calcio o utilizando otras sustancias como nitrato de sodio y sulfato de amonio.
(5) Para algunos productos de fermentación, como los antibióticos, además de preparar el medio de cultivo, se deben alimentar materiales en el medio. Al mismo tiempo, se debe controlar adecuadamente el metabolismo del carbono y el nitrógeno. Se deben agregar de manera intermitente diversos nutrientes y sustancias precursoras para guiar la fermentación hacia el desarrollo de productos sintéticos.
(6) Seleccionar las materias primas del agente compuesto en función de los beneficios económicos.
Considere la economía, utilice la menor cantidad o ningún alimento básico posible, ahorre la mayor cantidad de alimentos posible o utilice otras materias primas para reemplazar los alimentos. El azúcar es la principal fuente de carbono. Los sustitutos de las fuentes de carbono buscan principalmente almidón vegetal e hidrolizados de fibra, utilizan melaza residual para reemplazar el almidón, dextrina y glucosa, y utilizan glucosa industrial para reemplazar la glucosa comestible utilizando petróleo como fuente de carbono. productos fermentados.
La conservación y sustitución de fuentes de nitrógeno orgánico tiene como objetivo principal reducir o reemplazar materias primas ricas en proteínas, como torta de soja en polvo, torta de maní en polvo, peptona comestible, levadura en polvo, etc. Las materias primas alternativas pueden ser harina de semilla de algodón, jarabe de maíz, harina de pupas de gusanos de seda, harina de pescado, jarabe amarillo o jugo de salvado, levadura alimentaria, levadura de petróleo, pegamento para huesos, bacterias, granos de destilería y diversos desechos de la industria alimentaria. La mayoría de estas alternativas son ricas en proteínas, económicas y fáciles de conseguir y transportar localmente.
Determinación de la tecnología de cultivo:
Condiciones de cultivo: temperatura, valor de pH, oxígeno, edad de la semilla, tamaño del inóculo, temperatura.
Los métodos de cultivo de microorganismos industriales se pueden dividir en dos tipos: cultivo estático y cultivo por aireación.
El cultivo estático se refiere a colocar el medio de cultivo en un recipiente de fermentación y fermentarlo sin aire después de la inoculación, lo que también se llama fermentación anaeróbica. Las bacterias aeróbicas y las bacterias aeróbicas facultativas son las principales cepas producidas por el cultivo por aireación. El ambiente en el que crecen debe tener suministro de aire y mantener un cierto nivel de oxígeno disuelto para permitir un rápido crecimiento y fermentación de las bacterias, también llamada fermentación aeróbica.
Entre los dos métodos de cultivo estático y cultivo de aireación, se pueden dividir en cultivo líquido y cultivo sólido, y cada uno se divide en cultivo superficial y cultivo profundo.
Acerca del cultivo líquido sumergido:
Los tanques de fermentación líquidos sumergidos se ventilan desde el fondo del tanque y el aire se dispersa en pequeñas burbujas a través de paletas agitadoras para promover la disolución del oxígeno. Este método de cultivo de aireación y agitación en el fondo del tanque se denomina método de cultivo profundo, que se compara con el método de cultivo superficial de difusión natural de oxígeno disuelto en la interfaz aire-líquido. Su característica es que es fácil seleccionar las mejores condiciones de cultivo en función de los requisitos nutricionales del metabolismo de la cepa de producción y la ventilación, agitación, temperatura, concentración de iones de hidrógeno y otras condiciones del medio de cultivo en diferentes períodos fisiológicos.
Tres puntos de control para el funcionamiento básico del cultivo profundo
① Esterilización: la industria de la fermentación requiere un cultivo puro, por lo que el medio de cultivo debe calentarse y esterilizarse antes de la fermentación. Por lo tanto, el tanque de fermentación tiene una camisa de vapor para calentar y esterilizar el medio de cultivo y el tanque de fermentación, o se usa un esterilizador de calentamiento continuo para esterilizar el medio de cultivo y transportarlo continuamente al tanque de fermentación. ②Control de temperatura: después de la esterilización, enfríe el medio de cultivo a la temperatura de cultivo para la fermentación. Dado que la proliferación microbiana y la fermentación generan calor, se debe hacer circular agua de refrigeración en la camisa para mantener una temperatura constante. (3) Ventilación y agitación: antes de que el aire ingrese al tanque de fermentación, primero se elimina mediante un filtro de aire para producir aire estéril, luego ingresa desde el fondo del tanque y se dispersa en pequeñas burbujas mediante agitación. Para prolongar el tiempo de residencia de las burbujas, se pueden instalar deflectores en el tanque para crear vórtices. El propósito de agitar no es solo disolver el oxígeno, sino también dispersar uniformemente los microorganismos en la solución de cultivo en el tanque de fermentación, promover la transferencia de calor y dispersar uniformemente el ácido y el álcali agregados para ajustar el valor del pH.
La quinta parte es la separación y extracción de los productos de la fermentación.
Método de extracción:
Filtro
Centrifugación y sedimentación
Disrupción celular
Extracción, linaje
p>Adsorción e intercambio iónico
Placa de color
Precipitación (salación, precipitación de disolventes orgánicos, punto isoeléctrico, etc.)
Separación por barrera
Transparente
Seco
Varias cuestiones en el proceso de separación y extracción:
Calidad del agua
Fuente de calor eliminación (filtración con placa de amianto, adsorción de carbón activado, columna de intercambio iónico)
Recuperación de disolventes
Tratamiento de residuos
Seguridad biológica