天津商业大学：《生物工艺学》课程PPT教学课件（下）第十五章 细胞破碎

15 细胞破碎

15 细胞破碎

定义: ◼ 细胞破碎就是采用一定的方法，在一定程 度上破坏细胞壁和细胞膜，设法使胞内产 物最大程度地释放到液相中，破碎后的细 胞浆液经固液分离除去细胞碎片后，再采 用不同的分离手段进一步纯化

定义: ◼ 细胞破碎就是采用一定的方法，在一定程 度上破坏细胞壁和细胞膜，设法使胞内产 物最大程度地释放到液相中，破碎后的细 胞浆液经固液分离除去细胞碎片后，再采 用不同的分离手段进一步纯化

15.1细胞壁的组成和结构 ◼ 微生物细胞壁的化学组成和结构 细菌，肽聚糖的网状结构 酵母菌：葡聚糖，甘露聚糖，蛋白质 真菌：细胞壁更厚 ◼ 植物细胞壁的化学组成和结构 初生壁，次生壁 具有很高的机械强度

15.1细胞壁的组成和结构 ◼ 微生物细胞壁的化学组成和结构 细菌，肽聚糖的网状结构 酵母菌：葡聚糖，甘露聚糖，蛋白质 真菌：细胞壁更厚 ◼ 植物细胞壁的化学组成和结构 初生壁，次生壁 具有很高的机械强度

15.2 细胞破碎技术 ◼ 机械法和非机械法 ◼ 15.2.1机械法 机械法主要是利用高压、研磨或超声波等 手段在细胞壁上产生的剪切力达到破碎目 的. 包括高压匀浆法,珠磨法和超声破碎法

15.2 细胞破碎技术 ◼ 机械法和非机械法 ◼ 15.2.1机械法 机械法主要是利用高压、研磨或超声波等 手段在细胞壁上产生的剪切力达到破碎目 的. 包括高压匀浆法,珠磨法和超声破碎法

◼ 高压匀浆器 ◼ 影响匀浆破碎的主要 因素是压力、温度和 通过匀浆器阀的次数。 ◼ 高压匀浆法的适用范 围较广，在微生物细 胞和植物细胞的大规 模处理中常采用

◼ 高压匀浆器 ◼ 影响匀浆破碎的主要 因素是压力、温度和 通过匀浆器阀的次数。 ◼ 高压匀浆法的适用范 围较广，在微生物细 胞和植物细胞的大规 模处理中常采用

◼ 高速珠磨机(high spced bead mill) 研 磨是常用的一种方法， 它将细胞悬浮液与玻 璃小珠、石英砂或氧 化铝等研磨剂一起快 速搅拌，使细胞获得 破碎。 ◼ 在工业规模的破碎中 常采用高速珠磨机

◼ 高速珠磨机(high spced bead mill) 研 磨是常用的一种方法， 它将细胞悬浮液与玻 璃小珠、石英砂或氧 化铝等研磨剂一起快 速搅拌，使细胞获得 破碎。 ◼ 在工业规模的破碎中 常采用高速珠磨机

◼ 超声波破碎器 ◼ 超声波处理细胞悬浮液时， 破碎作用受许多因素的影响， 通常声强和振幅影响很大， 但强度太高易使蛋白质变性， 频率的变化影响不明显：此 外介质的离子强度、pH值、 菌体的种类和浓度也有很大 的影响. ◼ 超声波振荡过程中遇到的最 大问题就是产生的热量不容 易驱散，所以影响了它在大 规模工业上的应用，但在实 验室和小规模生产中是一种 很好的方法

◼ 超声波破碎器 ◼ 超声波处理细胞悬浮液时， 破碎作用受许多因素的影响， 通常声强和振幅影响很大， 但强度太高易使蛋白质变性， 频率的变化影响不明显：此 外介质的离子强度、pH值、 菌体的种类和浓度也有很大 的影响. ◼ 超声波振荡过程中遇到的最 大问题就是产生的热量不容 易驱散，所以影响了它在大 规模工业上的应用，但在实 验室和小规模生产中是一种 很好的方法

15.2.2 非机械法 ◼ 非机械方法很多，包括酶解、渗透压冲击、冻 结和融化、干燥法和化学法溶胞等. ◼ 1)酶解法 是利用酶反应，分解破坏细胞壁上 特殊的键，从而达到破碎目的。酶解法可以在 细胞悬浮液中加入特定的酶，也可以采用自溶 作用。 ◼ 酶解法的优点是发生酶解的条件温和、能选择 性地释放产物、胞内核酸等泄出量少、细胞外 形较完整、便于后步分离等；但酶水解价格高， 故小规模应用较广

15.2.2 非机械法 ◼ 非机械方法很多，包括酶解、渗透压冲击、冻 结和融化、干燥法和化学法溶胞等. ◼ 1)酶解法 是利用酶反应，分解破坏细胞壁上 特殊的键，从而达到破碎目的。酶解法可以在 细胞悬浮液中加入特定的酶，也可以采用自溶 作用。 ◼ 酶解法的优点是发生酶解的条件温和、能选择 性地释放产物、胞内核酸等泄出量少、细胞外 形较完整、便于后步分离等；但酶水解价格高， 故小规模应用较广

◼ 渗透压冲击法 ◼ 冻融法 ◼ 干燥法 ◼ 化学法:采用化学法处理可以溶解细胞或 抽提胞内组分。常用酸、碱、表面活性 剂和有机溶剂等化学试剂

◼ 渗透压冲击法 ◼ 冻融法 ◼ 干燥法 ◼ 化学法:采用化学法处理可以溶解细胞或 抽提胞内组分。常用酸、碱、表面活性 剂和有机溶剂等化学试剂

◼ 15.2.3 选择破碎方法的依据 (1)细胞的处理量 (2)细胞壁的强度和结构 (3)目标产物对破碎条件的敏感性 (4) 破碎程度 适宜的操作条件应从高的产物释放率， 低的能耗和便于后步提取这二方面进行 权衡

◼ 15.2.3 选择破碎方法的依据 (1)细胞的处理量 (2)细胞壁的强度和结构 (3)目标产物对破碎条件的敏感性 (4) 破碎程度 适宜的操作条件应从高的产物释放率， 低的能耗和便于后步提取这二方面进行 权衡