提取工藝是合成生物發(fā)酵的下游，一般可分為提取與精制兩個(gè)部分。提取部分又包括發(fā)酵液滅活與預(yù)處理，洗滌或者浸泡，過濾分離、萃取分離、結(jié)晶離心分離等具體步驟；精制部分又包括濃縮、脫色、過柱、結(jié)晶、干燥等具體步驟。選擇不同的步驟及步驟間不同的先后排列就構(gòu)成了不同的提取工藝路線，不同的提取工藝路線又對(duì)應(yīng)不同各關(guān)鍵工藝控制點(diǎn)及不同的提取設(shè)備，最終也對(duì)應(yīng)不同的收率與產(chǎn)品質(zhì)量。提取工藝開發(fā)是合成生物學(xué)項(xiàng)目的一重要組成部分，是有些項(xiàng)目的難點(diǎn)所在，甚至是有些項(xiàng)目的成敗關(guān)鍵。
提取工藝開發(fā)，一般地先弄通提取物及目標(biāo)物的性質(zhì)，再在物性基礎(chǔ)上考慮工藝設(shè)計(jì)；但往往實(shí)際情況是，特別是對(duì)于一些新產(chǎn)物，很難先弄清楚各物性；而是在實(shí)驗(yàn)及工藝開發(fā)過程中隨著物質(zhì)分離而逐步獲得真實(shí)的物性，所以實(shí)際的提取工藝開發(fā)應(yīng)該是邊摸索提取工藝邊熟悉提取物及中間態(tài)性質(zhì)的過程。故此提取工藝開發(fā)策略及細(xì)節(jié)尤為重要。筆者認(rèn)為，提取工藝開發(fā)至少要做到幾個(gè)"對(duì)應(yīng)"：①工藝路線與難點(diǎn)系統(tǒng)性對(duì)應(yīng)；②工藝工序與收率質(zhì)量分步對(duì)應(yīng)；③工序分析與產(chǎn)品檢測(cè)嚴(yán)格對(duì)應(yīng)；④檢測(cè)方法一致性對(duì)應(yīng)。結(jié)合一些經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，拋磚引玉，展開如下闡述。
一、工藝路線與難點(diǎn)系統(tǒng)性對(duì)應(yīng)。就是說需要抓住提取物與目標(biāo)物的主要矛盾，有個(gè)反面的例子是，二相萃取發(fā)酵體系的發(fā)酵液粘度較大，普通離心時(shí)物料分3層，上層是乳化層中間層是水相底層是菌泥。如果提取工藝開發(fā)時(shí)，先不直接面對(duì)乳化難題，而是先以舍棄相當(dāng)一部分的目標(biāo)物以弱化乳化問題，而進(jìn)行后面的產(chǎn)品提取，最終的小試工藝必然是放大不適用或者需要推倒重來。直面乳化，先分析比較酸化、堿化、升溫、絮凝等是否可以破乳，哪種效果好；還有是否需要考慮二次萃取或者是采用膜稀釋萃取，二次乳化又如何破解，拿出各種對(duì)比數(shù)據(jù)。第一步就直面關(guān)鍵"難點(diǎn)"，避免后續(xù)圍繞核心難點(diǎn)而推翻開發(fā)的整體提取工藝路線。還有，考慮后續(xù)的工藝放大，在前期的工藝開發(fā)時(shí)還需要提前站在產(chǎn)業(yè)化的"難點(diǎn)"上考慮，比如如果是利用海水直接生物發(fā)酵的發(fā)酵液，肯定首先得考慮鹽的處理，一是因?yàn)樵诩?xì)胞破碎后，高濃度的鹽會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)、類蛋白質(zhì)等沉淀，改變萃取劑及目標(biāo)物的分配系數(shù)；二是因?yàn)楝F(xiàn)在的工藝廢水的環(huán)保除鹽本身也是"難點(diǎn)"，其也是工藝對(duì)比整體考量的一個(gè)方面。
二、工藝工序與收率質(zhì)量分步對(duì)應(yīng)。就是說在提取工藝開發(fā)時(shí)每步工序需要有對(duì)應(yīng)的收率及目標(biāo)物質(zhì)量指標(biāo)，不能因?yàn)榘l(fā)酵液的質(zhì)量波動(dòng)導(dǎo)致批間差異而輕視，不能因?yàn)檫@對(duì)實(shí)驗(yàn)人員自身操作及設(shè)備系統(tǒng)要求較高而"偷工減料"。比如，發(fā)酵液預(yù)處理后均勻取樣需要攪勻而為了下一步操作又需要靜置，這樣就有效率的矛盾，應(yīng)該妥善處理。通過不同步驟的收率與質(zhì)量的比較分析方可決定其步驟的取舍及路線的排列組合，最后出來的總收率與質(zhì)量情況與整體工藝路線對(duì)應(yīng)，這是提取工藝開發(fā)的必須，這也是物料平衡思維的體現(xiàn)，為后續(xù)的豐富工藝包參數(shù)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
三、工序分析與產(chǎn)品檢測(cè)嚴(yán)格對(duì)應(yīng)。這點(diǎn)一般提取工藝開發(fā)人員都理解并容易做到，為何在此強(qiáng)調(diào)？實(shí)際工作中因?yàn)閿?shù)據(jù)量大、涉及人員多，如果沒有很好地執(zhí)行實(shí)驗(yàn)規(guī)范，還真不可能完全避免基礎(chǔ)性錯(cuò)誤。舉個(gè)反面的例子吧，有次對(duì)雜質(zhì)進(jìn)行差異分析時(shí)，GC檢測(cè)結(jié)果與GC-MS檢測(cè)結(jié)果無法對(duì)應(yīng)，經(jīng)查后知道GC圖譜對(duì)應(yīng)的樣品與GC-MS圖譜對(duì)應(yīng)的樣品根本就不是同一批次樣品。很多初學(xué)者一般認(rèn)為都差不多，其實(shí)提取工藝開發(fā)時(shí)最最忌諱"差不多"，不同批次之間的差異及不同工藝路線的差異需要分開。不同的批次、不同的工序，其產(chǎn)品檢測(cè)應(yīng)該對(duì)應(yīng)；不同的檢測(cè)，如GC與GC-MS等，其樣品應(yīng)該對(duì)應(yīng)。
四、檢測(cè)方法一致性對(duì)應(yīng)。提取過程中是哪個(gè)層面的事就在哪個(gè)層面處理，例如雜質(zhì)比較過程中，該是確定HPLC條件下的固定RRT雜質(zhì)大小比較，那就比較大小；提取工藝開發(fā)過程中，可以通過質(zhì)譜與結(jié)構(gòu)鑒定來確定雜質(zhì)結(jié)構(gòu)，反饋、優(yōu)化純化路線，那就確定雜質(zhì)結(jié)構(gòu)。兩個(gè)層面的事情不可攪渾，這個(gè)涉及到檢測(cè)方法的深層次理解。所以千萬不可在工藝開發(fā)過程只用結(jié)構(gòu)鑒定的方法，而交接出去后才是通用方法。一般地工藝確定后最終還是得落實(shí)到確定HPLC條件下的固定RRT雜質(zhì)上來的。
對(duì)比于上游合成生物發(fā)酵有目標(biāo)物從無到有的生成過程，提取工藝開發(fā)主要是以適當(dāng)犧牲目標(biāo)物的數(shù)量為代價(jià)，而獲得目標(biāo)物純度及含量逐步提升，直至最終達(dá)到商品、藥品的標(biāo)準(zhǔn)；其采用不同的工序模塊組合對(duì)應(yīng)不同的收率與質(zhì)量，影響相當(dāng)大一部分的效率與成本，提取工藝開發(fā)是項(xiàng)目放大非常重要的一部分。提取工藝開發(fā)過程也是非常專業(yè)及細(xì)化的一個(gè)領(lǐng)域，需要注意綜上四點(diǎn)"對(duì)應(yīng)"。在此基礎(chǔ)上再談工藝比較與放大，就可事半功倍。
作者簡(jiǎn)介：@sdsmliao，男，高級(jí)工程師，生物技術(shù)專業(yè)，在工藝技術(shù)創(chuàng)新路上摸爬滾打近20年，曾獲得“十佳”、“優(yōu)秀”科技工作者等榮譽(yù)，獲得多項(xiàng)工藝方面的發(fā)明專利。經(jīng)歷工段長、車間主任、車間工藝員、公司技術(shù)主管、質(zhì)量主管、技術(shù)主任、技術(shù)副總等崗位；經(jīng)歷車間轉(zhuǎn)產(chǎn)及擴(kuò)產(chǎn)改造，經(jīng)歷項(xiàng)目放大到大生產(chǎn)技術(shù)轉(zhuǎn)移，經(jīng)歷新項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與建設(shè)，經(jīng)歷新公司的籌建。目前深耕項(xiàng)目放大方向萜烯類放大項(xiàng)目。
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