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)酵液滅活與預處理，洗滌或者浸泡，過(guò)濾分離、萃取分離、結晶離心分離等具體步驟；精制部分又包括濃縮、脫色、過(guò)柱、結晶、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成了不同的提取工藝路線(xiàn)，不同的提取工藝路線(xiàn)又對應不同各關(guān)鍵工藝控制點(diǎn)及不同的提取設備，最終也對應不同的收率與產(chǎn)品質(zhì)量。提取工藝開(kāi)發(fā)是合成生物學(xué)項目的一重要組成部分，是有些項目的難點(diǎn)所在，甚至是有些項目的成敗關(guān)鍵。
提取工藝開(kāi)發(fā)，一般地先弄通提取物及目標物的性質(zhì)，再在物性基礎上考慮工藝設計；但往往實(shí)際情況是，特別是對于一些新產(chǎn)物，很難先弄清楚各物性；而是在實(shí)驗及工藝開(kāi)發(fā)過(guò)程中隨著(zhù)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(kāi)發(fā)應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(guò)程。故此提取工藝開(kāi)發(fā)策略及細節尤為重要。筆者認為，提取工藝開(kāi)發(fā)至少要做到幾個(gè)"對應"：①工藝路線(xiàn)與難點(diǎn)系統性對應；②工藝工序與收率質(zhì)量分步對應；③工序分析與產(chǎn)品檢測嚴格對應；④檢測方法一致性對應。結合一些經(jīng)驗與教訓，拋磚引玉，展開(kāi)如下闡述。
一、工藝路線(xiàn)與難點(diǎn)系統性對應。就是說(shuō)需要抓住提取物與目標物的主要矛盾，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(kāi)發(fā)時(shí)，先不直接面對乳化難題，而是先以舍棄相當一部分的目標物以弱化乳化問(wèn)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(lái)。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，拿出各種對比數據。第一步就直面關(guān)鍵"難點(diǎn)"，避免后續圍繞核心難點(diǎn)而推翻開(kāi)發(fā)的整體提取工藝路線(xiàn)。還有，考慮后續的工藝放大，在前期的工藝開(kāi)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，一是因為在細胞破碎后，高濃度的鹽會(huì )導致蛋白質(zhì)、類(lèi)蛋白質(zhì)等沉淀，改變萃取劑及目標物的分配系數；二是因為現在的工藝廢水的環(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)量分步對應。就是說(shuō)在提取工藝開(kāi)發(fā)時(shí)每步工序需要有對應的收率及目標物質(zhì)量指標，不能因為發(fā)酵液的質(zhì)量波動(dòng)導致批間差異而輕視，不能因為這對實(shí)驗人員自身操作及設備系統要求較高而"偷工減料"。比如，發(fā)酵液預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，應該妥善處理。通過(guò)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(xiàn)的排列組合，最后出來(lái)的總收率與質(zhì)量情況與整體工藝路線(xiàn)對應，這是提取工藝開(kāi)發(fā)的必須，這也是物料平衡思維的體現，為后續的豐富工藝包參數打下堅實(shí)的基礎。
三、工序分析與產(chǎn)品檢測嚴格對應。這點(diǎn)一般提取工藝開(kāi)發(fā)人員都理解并容易做到，為何在此強調？實(shí)際工作中因為數據量大、涉及人員多，如果沒(méi)有很好地執行實(shí)驗規范，還真不可能完全避免基礎性錯誤。舉個(gè)反面的例子吧，有次對雜質(zhì)進(jìn)行差異分析時(shí)，GC檢測結果與GC-MS檢測結果無(wú)法對應，經(jīng)查后知道GC圖譜對應的樣品與GC-MS圖譜對應的樣品根本就不是同一批次樣品。很多初學(xué)者一般認為都差不多，其實(shí)提取工藝開(kāi)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(xiàn)的差異需要分開(kāi)。不同的批次、不同的工序，其產(chǎn)品檢測應該對應；不同的檢測，如GC與GC-MS等，其樣品應該對應。
四、檢測方法一致性對應。提取過(guò)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(guò)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??；提取工藝開(kāi)發(fā)過(guò)程中，可以通過(guò)質(zhì)譜與結構鑒定來(lái)確定雜質(zhì)結構，反饋、優(yōu)化純化路線(xiàn)，那就確定雜質(zhì)結構。兩個(gè)層面的事情不可攪渾，這個(gè)涉及到檢測方法的深層次理解。所以千萬(wàn)不可在工藝開(kāi)發(fā)過(guò)程只用結構鑒定的方法，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(lái)的。
對比于上游合成生物發(fā)酵有目標物從無(wú)到有的生成過(guò)程，提取工藝開(kāi)發(fā)主要是以適當犧牲目標物的數量為代價(jià)，而獲得目標物純度及含量逐步提升，直至最終達到商品、藥品的標準；其采用不同的工序模塊組合對應不同的收率與質(zhì)量，影響相當大一部分的效率與成本，提取工藝開(kāi)發(fā)是項目放大非常重要的一部分。提取工藝開(kāi)發(fā)過(guò)程也是非常專(zhuān)業(yè)及細化的一個(gè)領(lǐng)域，需要注意綜上四點(diǎn)"對應"。在此基礎上再談工藝比較與放大，就可事半功倍。
作者簡(jiǎn)介：@sdsmliao，男，高級工程師，生物技術(shù)專(zhuān)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)，獲得多項工藝方面的發(fā)明專(zhuān)利。經(jīng)歷工段長(cháng)、車(chē)間主任、車(chē)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(chē)間轉產(chǎn)及擴產(chǎn)改造，經(jīng)歷項目放大到大生產(chǎn)技術(shù)轉移，經(jīng)歷新項目的設計與建設，經(jīng)歷新公司的籌建。目前深耕項目放大方向萜烯類(lèi)放大項目。
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