《生物分离工程》课程教学资源（PPT课件）细胞的破碎和分离

第三章细胞的破碎和分离 3.1分类 3.2细胞破碎理论 3.3细胞破碎技术 34物理法和化学法的比较 3.5破碎方法的选择 3.6细胞破碎的评价 3.7基因工程表达产物

第三章 细胞的破碎和分离 3.1 分类 3.2 细胞破碎理论 3.3 细胞破碎技术 3.4 物理法和化学法的比较 3.5 破碎方法的选择 3.6 细胞破碎的评价 3.7 基因工程表达产物

31分类 物理法 化学法 固体剪切法(珠磨法)酶溶法 液体剪切法 化学降解法(酸碱法) 撞击法 表面活性剂法 超声法 有机溶剂膨胀法 渗透法 萃取法

3.1 分 类 物理法 化学法 固体剪切法(珠磨法) 酶溶法 液体剪切法 化学降解法（酸碱法） 撞击法 表面活性剂法 超声法 有机溶剂膨胀法 渗透法 萃取法

3.2细胞破碎理论 1)、细胞破碎 A压撞B剪切Ca渗透 Cb冻胀D破壁破膜 剪切力F:假定细胞直径为d(in:m),维持球体所需的综合维 持力为6(in:Nm,则破碎细胞所需F(in:Pa)为 F=48/a 如利用流体剪切力τ(Pa)的作用,则在牛顿流体中 则破碎细胞所需的速度梯度为: du 4

3.2 细胞破碎理论 1)、细胞破碎 A 压撞 B 剪切 Ca 渗透 Cb 冻胀 D 破壁破膜 剪切力F: 假定细胞直径为d(in: m)，维持球体所需的综合维 持力为(in: N/m)，则破碎细胞所需F(in: Pa)为 如利用流体剪切力(Pa)的作用，则在牛顿流体中 则破碎细胞所需的速度梯度为：

3.2细胞破碎理论 意义:细胞直径↓,所需压力或剪切力个,破碎难度↑ 渗透压法:渗透压差(△π)为 △x=盘cR7 △c=细胞内外小分子的浓度差,R=气体常数,T=绝对温度 2)、产物释放 kR break release 如细胞破碎速度与未破碎细胞浓度成正比,则有 cx =k B X

3.2 细胞破碎理论 意义：细胞直径，所需压力或剪切力，破碎难度。 渗透压法：渗透压差()为 c=细胞内外小分子的浓度差，R=气体常数，T = 绝对温度。 2)、产物释放 如细胞破碎速度与未破碎细胞浓度成正比，则有

3.2细胞破碎理论 如破碎cl产物释放的速度与celi外的浓度差成正比,则有 x 0 X k2(2 d t 瑟t x m为产物的最大释放浓度,x为起始细胞浓度,从上三式得 d c dc +(k2+k2)=k2 dt dt 上式为两步释放的速度方程,如细胞破碎或产物释放的其中 步很快,则表现为一级动力学释放过程,此时方程为 破碎速度控制过程: 释放速度控制方程: C k dt B Cm N

3.2 细胞破碎理论 如破碎cell产物释放的速度与cell内外的浓度差成正比，则有 cm为产物的最大释放浓度，x0为起始细胞浓度，从上三式得 上式为两步释放的速度方程，如细胞破碎或产物释放的其中 一步很快，则表现为一级动力学释放过程，此时方程为 破碎速度控制过程： 释放速度控制方程：

3.3细胞破碎技术 1)、固体剪切法(珠磨法,c最有效的物理破碎法) 操作简介 日 漏u畦 7 7 E 图3.5动力分离器,可调节其缝隙 (0.02~0.03m)将微球与细胞加以分离 图3.6 Netzsch- Molinex KE5搅拌磨简图 A一细胞悬浮液进口;B-微珠加入口;C-破碎细胞出口; 电动机2一三角皮带3一轴承;4—联轴节 D-冷却剂夹套;E一礤片;F一分隔礤片;G-动力分离器 5-筒状施网;6一搅拌藁片;7—降温夹套冷 却水进出口:8—底部筛板;9—温度测量口 10—循环泵

3.3 细胞破碎技术 1)、固体剪切法(珠磨法, c最有效的物理破碎法) 操作简介

3.3细胞破碎技术 计算 破碎遵循一级动力学定律,即 do B d t 对上述方程积分得 血(cn/(cx-c)=起 对于n次连续搅拌研磨操作,则得蛋白质的物料平衡式 +(ka/n C B=v/Q θ:平均停留时间,V:磨腔的总体积,Q:发酵液的流量

3.3 细胞破碎技术 计算 破碎遵循一级动力学定律, 即 对上述方程积分得 对于n次连续搅拌研磨操作，则得蛋白质的物料平衡式 ：平均停留时间，V：磨腔的总体积，Q：发酵液的流量

3.3细胞破碎技术 影响因素 a)转盘外缘速度(见下图k=K 适合条件:圆盘外缘速度<20m/s,一般在5-15m 百画 搅拌速率、微珠体积 20 与蛋白质释放的关系 70%、△-809, 断10d -859下的蛋白质 6}8 释放率(珠粒:0.55 085mm,料液100Lh 搅拌器外缘速度/(m/s) 细胞浓度409) b)珠粒添量和大小 添量:(见上图,添量体积一般占总体积的80-90%) 粒径:一般在0.2mm(实验室)<0.4mm(工业)。最终由实验确定

3.3 细胞破碎技术 影响因素 a) 转盘外缘速度(见下图)： 适合条件：圆盘外缘速度< 20 m/s, 一般在 5-15 m/s。 b) 珠粒添量和大小 添量：(见上图，添量体积一般占总体积的80-90%) 粒径：一般在0.2mm(实验室), < 0.4 mm(工业)。最终由实验确定

3.3细胞破碎技术 c)温度:温度在5-40°C范围内对破碎影响较小。但研磨产热 功率个,温度↑。如产物热不稳定,必须控温 d)细胞浓度x:最佳x由实验确定。一般产热量随细胞浓度的 降低而下降,但单位细胞重量的能耗个。 e)破碎效率:E=Rxq R:每kg成品细胞(如酵母)释放的蛋白量,Q:物料流量, P’:珠磨机消耗的功率。 f流量Q:破碎为一级反应。Q个E个,R↓;Q↓,E↓,R↑

3.3 细胞破碎技术 c) 温度：温度在5-40C范围内对破碎影响较小。但研磨产热， 功率 ，温度 。如产物热不稳定，必须控温。 d) 细胞浓度x：最佳x由实验确定。一般产热量随细胞浓度的 降低而下降，但单位细胞重量的能耗 。 e) 破碎效率： R：每kg成品细胞(如酵母)释放的蛋白量，Q：物料流量， P’：珠磨机消耗的功率。 f) 流量Q：破碎为一级反应。Q, E，R；Q，E，R

3.3细胞破碎技术 不同流量和搅拌速度下的效率。■20,▲-50,●-100X 106m3/s流量:1-8,2-10,3-15,420m外缘速度 离名其 0.2 2 0,02 R/(kg释放的蛋白质/kg酵母成品)

3.3 细胞破碎技术 不同流量和搅拌速度下的效率。-20，-50，-100 10-6 m3 /s 流量；1–8， 2–10， 3–15， 4–20 m/s 外缘速度