分離工程第二章課件

第二章

固液分離與細(xì)胞破碎第二章

固液分離與細(xì)胞破碎1第一節(jié)

細(xì)胞分離第一節(jié)

細(xì)胞分離2一、重力沉降重力沉降是化工過程中常用的氣固、液固和液液分離手段，在生物分離過程亦有一定程度應(yīng)用。以液固沉降為例一、重力沉降重力沉降是化工過程中常用的氣固、液固和液液分離手3FbFg

Fdd=2R球形顆粒沉降的受力情況FbFg

Fdd=2R球形顆粒沉降的受力情況41、球形粒子的Stokes沉降速度其中：Re為雷諾準(zhǔn)數(shù)；為阻力系數(shù)；d為顆粒粒徑；L為液體粘度；Vg:重力沉降速度;s和L分別表示顆粒密度和液體密度。1、球形粒子的Stokes沉降速度其中：Re為雷諾準(zhǔn)數(shù)；為52.對于非球形粒子，可用當(dāng)量直徑代入計算沉降速度。再根據(jù)顆粒的形狀系數(shù)對計算值進(jìn)行校正。顆粒形狀系數(shù)定義為與非球形顆粒體積相等圓球表面積A非球形顆粒的表面積Apφs=AAp=2.對于非球形粒子，可用當(dāng)量直徑代入計算沉降速度。再根據(jù)顆粒6分離工程第二章課件7分離工程第二章課件8二、離心沉降離心沉降速度二、離心沉降離心沉降速度9其中：r為離心半徑；為旋轉(zhuǎn)角速度；N為離心機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)；S為沉降系數(shù)，是溶劑物性的函數(shù)。其中：r為離心半徑；為旋轉(zhuǎn)角速度；N為離心機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)；S為沉10分離工程第二章課件112、離心分離法（1）差速離心分級（Differentialcentrifugation)生化工業(yè)中最常用的離心分離法，細(xì)胞的分離為一級分級分離。實(shí)際應(yīng)用中據(jù)實(shí)際物系的特點(diǎn)、分離目的和所需分離程度，選擇適當(dāng)?shù)碾x心機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)和時間，可使料液中不同組分得到分級分離。2、離心分離法12低速離心中速離心高速離心超高速離心細(xì)胞勻漿細(xì)胞核仁細(xì)胞骨架大細(xì)胞器小細(xì)胞器核糖體大分子差速離心低速離心中速離13（2）密度梯度（區(qū)帶）離心差速區(qū)帶離心：調(diào)配的密度梯度中的最大密度小于待分離的目標(biāo)產(chǎn)物的密度。離心操作中，料液中的各個組分在密度梯度中以不同的速度沉降，根據(jù)各個組分沉降系數(shù)不同的差別，形成各自的區(qū)帶。（2）密度梯度（區(qū)帶）離心14平衡區(qū)帶離心：調(diào)配的介質(zhì)密度梯度比差速區(qū)帶離心的密度梯度大。離心操作結(jié)果使料液中的高分子溶質(zhì)在與其自身密度相等的溶劑密度處形成穩(wěn)定的區(qū)帶，區(qū)帶中的溶質(zhì)以該密度為中心，呈高斯分布。平衡區(qū)帶離心：調(diào)配的介質(zhì)密度梯度比差速區(qū)帶離心的密度梯度大。15可用于調(diào)配密度梯度的物質(zhì)除蔗糖、聚蔗糖，還有CsCl（核酸的分離）和NaBr（脂蛋白的分離）。聚蔗糖的商品名稱為Ficoll，是蔗糖和1-氯-2、3-環(huán)氧丙烷的高聚物，Mr=400000，需要高密度和低滲透壓梯度時，可用Ficol代替蔗糖?？捎糜谡{(diào)配密度梯度的物質(zhì)除蔗糖、聚蔗糖，還有CsCl（核酸16離心樣品蔗糖的穩(wěn)定梯度慢速沉降成分快速沉降成分分離樣品蔗糖的不連續(xù)梯度低浮力密度成分高浮力密度成分密度梯度離心CsCl密度梯度離心蔗糖密度梯度離心離心樣品蔗糖的穩(wěn)定梯度慢速17分離工程第二章課件18（3）離心分離設(shè)備實(shí)驗(yàn)室主要使用離心管式轉(zhuǎn)子離心機(jī)；生化上需用冷凍離心機(jī)；工業(yè)上較常用的有管式和碟片式兩大類。其中：稱為離心沉降面積，是離心機(jī)結(jié)構(gòu)和操作條件的函數(shù)；

L為管長；r2為轉(zhuǎn)筒內(nèi)徑。管式離心機(jī)的處理能力為：（3）離心分離設(shè)備其中：稱為離心沉降面積，是離心機(jī)結(jié)構(gòu)和操19分離工程第二章課件20TubularbowlTubularbowl21三、過濾定義：利用多孔介質(zhì)（如濾布）截留固體粒子，進(jìn)行固液分離的方法。過濾速度其中：A為過濾面積；p為操作壓力；Q為濾液體積；L為濾液粘度；Rm和Rc分別為介質(zhì)和濾餅的阻力；為濾餅的平均比阻；W為濾餅干重。三、過濾定義：利用多孔介質(zhì)（如濾布）截留固體粒子，進(jìn)行固液分22

濾餅傳統(tǒng)的過濾cakeConventionalfiltration

濾餅傳統(tǒng)的過濾cakeConventionalfiltr23分離工程第二章課件24分離工程第二章課件25過濾操作中，濾餅阻力是影響過濾速度的主要因素，因此一般在過濾前需對料液進(jìn)行絮凝或凝聚等預(yù)處理，此外可添加助濾劑(如硅藻土）提高過濾速度。3、過濾設(shè)備生化工業(yè)常用的過濾制備主要有：加壓葉濾機(jī)板框過濾機(jī)回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)過濾操作中，濾餅阻力是影響過濾速度的主要因素，因此一般在過濾26分離工程第二章課件27分離工程第二章課件28

DryWashImmersionRotationKnifeCakeFeedRotaryvacuumfilter真空旋轉(zhuǎn)過濾機(jī)

DryWashImmersionRotationKnife29第二節(jié)

細(xì)胞破碎第二節(jié)

細(xì)胞破碎30許多生物產(chǎn)物在細(xì)胞培養(yǎng)過程中不能分泌到胞外，而保留在細(xì)胞內(nèi)。如一些胞內(nèi)酶、部分外源基因表達(dá)產(chǎn)物和植物細(xì)胞產(chǎn)物等。這類生物產(chǎn)物在固液分離后，需對收集到的菌體或細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞破碎（Celldisruption)，使目標(biāo)產(chǎn)物釋放到液相中。除去細(xì)胞碎片后，再進(jìn)行后續(xù)分離純化操作。許多生物產(chǎn)物在細(xì)胞培養(yǎng)過程中不能分泌到胞外，而保留在細(xì)胞內(nèi)。31一、細(xì)胞的結(jié)構(gòu)不同種類的細(xì)胞結(jié)構(gòu)差別很大，破碎的難易程度不同：植物細(xì)胞＞真菌（如酵母菌）＞革蘭氏陽性細(xì)菌＞革蘭氏陰性細(xì)菌＞動物細(xì)胞。破碎細(xì)胞的目的就是使細(xì)胞壁和細(xì)胞膜受到不同程度的破壞或破碎，釋放其中的目標(biāo)產(chǎn)物。一、細(xì)胞的結(jié)構(gòu)不同種類的細(xì)胞結(jié)構(gòu)差別很大，破碎的難易程度不同32二、細(xì)胞破碎原理機(jī)械破碎的原理是細(xì)胞在機(jī)械作用力下受到壓縮和剪切而破碎。細(xì)胞越小，所需壓縮或剪切力越大，越難破碎?；瘜W(xué)破碎又稱化學(xué)滲透，其原理是利用化學(xué)或生化試劑（酶）改變細(xì)胞壁或細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，增大胞內(nèi)物質(zhì)的溶出速率；或者完全溶解細(xì)胞壁，形成原生質(zhì)體后，在滲透壓作用下使細(xì)胞膜破裂而釋放胞內(nèi)物質(zhì)。二、細(xì)胞破碎原理機(jī)械破碎的原理是細(xì)胞在機(jī)械作用力下受到壓縮和33三、細(xì)胞破碎法三、細(xì)胞破碎法341、機(jī)械破碎法（1）高壓勻漿破碎原理：主要利用細(xì)胞懸液在高壓作用下液相剪切力以及細(xì)胞與固定表面的撞擊力而使之破碎。1、機(jī)械破碎法35其中：S為細(xì)胞破碎率；p為操作壓力；N為循環(huán)操作次數(shù)；k為破碎速率常數(shù)，與細(xì)胞種類和操作溫度有關(guān)。

特點(diǎn)：適用于酵母和大多數(shù)細(xì)菌細(xì)胞的破碎，不宜用于團(tuán)狀或絲狀菌的破碎；由于操作中溫度會升高，需對料液作冷卻處理，保護(hù)目的產(chǎn)物活性。

影響因素：主要有壓力、循環(huán)操作次數(shù)和溫度等。其中：S為細(xì)胞破碎率；p為操作壓力；N為循環(huán)操作次數(shù)；特36（2）珠磨破碎破碎原理：利用在高速攪拌作用下，細(xì)胞和微球相互磨擦碰撞而破碎。（2）珠磨破碎37影響因素：主要有攪拌速度、細(xì)胞濃度、微球粒徑、密度、填充率和接觸時間等。其中：S為細(xì)胞破碎率；k為破碎速率常數(shù)，與微球粒徑、密度、填充率以及細(xì)胞濃度、攪拌速度和攪拌槳形狀等有關(guān)；t在間歇操作時為破碎操作時間，連續(xù)操作時t=V/Q為破碎室內(nèi)平均停留時間(V為破碎室有效體積；Q為細(xì)胞懸浮液的流量）。

影響因素：主要有攪拌速度、細(xì)胞濃度、微球粒徑、密度、填充率和38特點(diǎn)：適用范圍較廣；但有效能量利用率很低，應(yīng)充分考慮冷卻系統(tǒng)的熱交換能力；影響破碎率的操作參數(shù)較多，過程優(yōu)化設(shè)計較復(fù)雜。珠粒徑合適為好。破碎率與微珠直徑的關(guān)系：微珠粒徑/菌體=30~100間較合適。特點(diǎn)：39（3）撞擊破碎破碎原理：細(xì)胞冷凍后成為易于破碎的剛性球體，高速撞擊固定的撞擊板使其破碎。（3）撞擊破碎40特點(diǎn)：細(xì)胞破碎均勻；可通過調(diào)節(jié)載氣壓力控制細(xì)胞破碎程度；適用于細(xì)胞器（如線粒體、葉綠體）的回收。間歇、連續(xù)操作均可，適用于大多數(shù)微生物細(xì)胞和植物細(xì)胞破碎。特點(diǎn)：41（4）超聲波破碎破碎原理：超聲波作用下液體發(fā)生空化作用，產(chǎn)生極大的沖擊波和剪切力，使細(xì)胞破碎。影響因素：細(xì)胞種類、濃度和超聲波的能量等。特點(diǎn)：它是很強(qiáng)烈的破碎方法；適用范圍廣；但有效能量利用率極低，對冷卻的要求相當(dāng)苛刻，故不易放大，多在實(shí)驗(yàn)室使用。（4）超聲波破碎422.Ultrasonication超聲波超聲波破碎儀

2.Ultrasonication超聲波超聲波破碎儀43分離工程第二章課件44WSK臥式高效全能珠磨機(jī)3.Crushinginballmill珠磨法

WSK臥式高效全能珠磨機(jī)3.Crushinginbal45ZM系列臥式密閉珠(砂)磨機(jī)ZM系列臥式密閉珠(砂)磨機(jī)46JJ-2組織搗碎勻漿機(jī)

JJ-2組織搗碎勻漿機(jī)472、化學(xué)破碎法（1）化學(xué)試劑處理破碎原理：用酸堿、表面活性劑、螯合劑、有機(jī)溶劑或變性劑等處理細(xì)胞，增大細(xì)胞壁或細(xì)胞膜的通透性，或者降低胞內(nèi)物質(zhì)間相互作用，使目的產(chǎn)物易于釋放。2、化學(xué)破碎法48（2）酶溶破碎原理：利用溶解細(xì)胞壁的酶處理菌體細(xì)胞，增大胞內(nèi)產(chǎn)物的通透性。特點(diǎn)：不同的菌體用不同的酶。如溶菌酶適用于細(xì)菌；而酵母細(xì)胞的酶溶需用Zymolyase、-1,6-葡聚糖酶或甘露糖酶；破壞植物細(xì)胞則用纖維素酶。（2）酶溶49自溶：是一種誘使細(xì)胞產(chǎn)生溶解自身的酶的特殊的酶溶法。微生物代謝過程中都能產(chǎn)生一種水解細(xì)胞壁上聚合結(jié)構(gòu)的酶，以便使生長過程進(jìn)行下去，改變微生物環(huán)境，可誘發(fā)微生物產(chǎn)生過剩自溶酶或激發(fā)產(chǎn)生其它自溶酶，以達(dá)到自溶的目的，影響自溶的因素有溫度、時間、pH、緩沖液濃度、細(xì)胞代謝途徑等。微生物細(xì)胞自溶常采用加熱法或干燥法。自溶：是一種誘使細(xì)胞產(chǎn)生溶解自身的酶的特殊的酶溶法。50小結(jié)

機(jī)械破碎法優(yōu)點(diǎn)：處理量大、破碎效率高、速度快，適用于工業(yè)規(guī)模的細(xì)胞破碎。缺點(diǎn)：由于操作條件比較劇烈，往往容易造成細(xì)胞的過度破碎，不利于后續(xù)處理。

化學(xué)破碎法優(yōu)點(diǎn)：選擇性高，胞內(nèi)產(chǎn)物的總釋放率低，料液粘度小，有利于后處理過程。缺點(diǎn)：適用范圍小，通用性差，破碎速度慢，處理時間長，破碎效率低，不適于大規(guī)模細(xì)胞破碎操作。多用于實(shí)驗(yàn)室。小結(jié)機(jī)械破碎法化學(xué)破碎法51

兩種方法各有利弊，把二者結(jié)合起來使用，則可起到取長補(bǔ)短的作用，能夠得到很好的破碎效果。

如面包酵母用Zymolyase酶解，再高壓勻漿4次，破碎率100%，而單純高壓勻漿破碎率為32%。兩種方法各有利弊，把二者結(jié)合起來使用，則可起到取長補(bǔ)短523、物理滲透法（1）滲透壓沖擊法破碎原理：細(xì)胞在高滲透壓介質(zhì)中平衡后，再突然將其轉(zhuǎn)至低滲透壓環(huán)境中（如高濃度甘油或蔗糖水或低滲透壓緩沖液中），水大量進(jìn)入細(xì)胞，使細(xì)胞壁或細(xì)胞膜脹破。特點(diǎn)：最溫和的細(xì)胞破碎法；適用于易于破碎的細(xì)胞，如動物細(xì)胞和革蘭氏陰性菌。3、物理滲透法53（2）凍結(jié)－融化法破碎原理：將細(xì)胞放在低溫下突然冷凍和室溫下融化，反復(fù)多次達(dá)到破壁作用由于冷凍，一方面使細(xì)胞膜的疏水鍵結(jié)構(gòu)破壞，另一方面胞內(nèi)水結(jié)晶，使細(xì)胞內(nèi)外溶液濃度變化，引起細(xì)胞突然膨脹而破裂特點(diǎn)：適用于大腸桿菌和細(xì)胞壁較薄的細(xì)胞，但通常破碎率很低（小于10%），還可能引起對凍融敏感的某些蛋白質(zhì)的變性。操作方便，但耗時、耗能，大規(guī)模應(yīng)用困難。（2）凍結(jié)－融化法54小結(jié)細(xì)胞間及目標(biāo)產(chǎn)物之間的性質(zhì)差別大，，實(shí)際的破碎操作仍需通過實(shí)驗(yàn)來確定合適的破碎方法（理論指導(dǎo)少），最好是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性釋放，在滿足目標(biāo)產(chǎn)物回收率的前提下，盡量降低細(xì)胞的破碎程度，以利于后續(xù)分離純化操作。小結(jié)細(xì)胞間及目標(biāo)產(chǎn)物之間的性質(zhì)差別大，，實(shí)際的破碎操作仍需通55除研究破碎細(xì)胞的方法外，還應(yīng)研究生物合成過程中減低細(xì)胞牢固程度的方法。例：已發(fā)現(xiàn)發(fā)酵過程中改變溫度、培養(yǎng)基或加入抗生素等，使某些細(xì)菌減少合成細(xì)胞壁的某種組分，便于細(xì)胞的破碎。除研究破碎細(xì)胞的方法外，還應(yīng)研究生物合成過程中減低細(xì)胞牢固程56思考題1、33頁習(xí)題52、細(xì)胞破碎的主要方法有哪些？其適用范圍、優(yōu)缺點(diǎn)是什么？3、區(qū)帶離心法分為______離心、________離心。區(qū)帶離心法可用于______、______等生物大分子的分離純化，但處理量小，一般僅限于實(shí)驗(yàn)室水平。思考題1、33頁習(xí)題557本章內(nèi)容到此結(jié)束同學(xué)們辛苦了本章內(nèi)容到此結(jié)束同學(xué)們辛苦了58第二章

固液分離與細(xì)胞破碎第二章

固液分離與細(xì)胞破碎59第一節(jié)

細(xì)胞分離第一節(jié)

細(xì)胞分離60一、重力沉降重力沉降是化工過程中常用的氣固、液固和液液分離手段，在生物分離過程亦有一定程度應(yīng)用。以液固沉降為例一、重力沉降重力沉降是化工過程中常用的氣固、液固和液液分離手61FbFg

Fdd=2R球形顆粒沉降的受力情況FbFg

Fdd=2R球形顆粒沉降的受力情況621、球形粒子的Stokes沉降速度其中：Re為雷諾準(zhǔn)數(shù)；為阻力系數(shù)；d為顆粒粒徑；L為液體粘度；Vg:重力沉降速度;s和L分別表示顆粒密度和液體密度。1、球形粒子的Stokes沉降速度其中：Re為雷諾準(zhǔn)數(shù)；為632.對于非球形粒子，可用當(dāng)量直徑代入計算沉降速度。再根據(jù)顆粒的形狀系數(shù)對計算值進(jìn)行校正。顆粒形狀系數(shù)定義為與非球形顆粒體積相等圓球表面積A非球形顆粒的表面積Apφs=AAp=2.對于非球形粒子，可用當(dāng)量直徑代入計算沉降速度。再根據(jù)顆粒64分離工程第二章課件65分離工程第二章課件66二、離心沉降離心沉降速度二、離心沉降離心沉降速度67其中：r為離心半徑；為旋轉(zhuǎn)角速度；N為離心機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)；S為沉降系數(shù)，是溶劑物性的函數(shù)。其中：r為離心半徑；為旋轉(zhuǎn)角速度；N為離心機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)；S為沉68分離工程第二章課件692、離心分離法（1）差速離心分級（Differentialcentrifugation)生化工業(yè)中最常用的離心分離法，細(xì)胞的分離為一級分級分離。實(shí)際應(yīng)用中據(jù)實(shí)際物系的特點(diǎn)、分離目的和所需分離程度，選擇適當(dāng)?shù)碾x心機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)和時間，可使料液中不同組分得到分級分離。2、離心分離法70低速離心中速離心高速離心超高速離心細(xì)胞勻漿細(xì)胞核仁細(xì)胞骨架大細(xì)胞器小細(xì)胞器核糖體大分子差速離心低速離心中速離71（2）密度梯度（區(qū)帶）離心差速區(qū)帶離心：調(diào)配的密度梯度中的最大密度小于待分離的目標(biāo)產(chǎn)物的密度。離心操作中，料液中的各個組分在密度梯度中以不同的速度沉降，根據(jù)各個組分沉降系數(shù)不同的差別，形成各自的區(qū)帶。（2）密度梯度（區(qū)帶）離心72平衡區(qū)帶離心：調(diào)配的介質(zhì)密度梯度比差速區(qū)帶離心的密度梯度大。離心操作結(jié)果使料液中的高分子溶質(zhì)在與其自身密度相等的溶劑密度處形成穩(wěn)定的區(qū)帶，區(qū)帶中的溶質(zhì)以該密度為中心，呈高斯分布。平衡區(qū)帶離心：調(diào)配的介質(zhì)密度梯度比差速區(qū)帶離心的密度梯度大。73可用于調(diào)配密度梯度的物質(zhì)除蔗糖、聚蔗糖，還有CsCl（核酸的分離）和NaBr（脂蛋白的分離）。聚蔗糖的商品名稱為Ficoll，是蔗糖和1-氯-2、3-環(huán)氧丙烷的高聚物，Mr=400000，需要高密度和低滲透壓梯度時，可用Ficol代替蔗糖?？捎糜谡{(diào)配密度梯度的物質(zhì)除蔗糖、聚蔗糖，還有CsCl（核酸74離心樣品蔗糖的穩(wěn)定梯度慢速沉降成分快速沉降成分分離樣品蔗糖的不連續(xù)梯度低浮力密度成分高浮力密度成分密度梯度離心CsCl密度梯度離心蔗糖密度梯度離心離心樣品蔗糖的穩(wěn)定梯度慢速75分離工程第二章課件76（3）離心分離設(shè)備實(shí)驗(yàn)室主要使用離心管式轉(zhuǎn)子離心機(jī)；生化上需用冷凍離心機(jī)；工業(yè)上較常用的有管式和碟片式兩大類。其中：稱為離心沉降面積，是離心機(jī)結(jié)構(gòu)和操作條件的函數(shù)；

L為管長；r2為轉(zhuǎn)筒內(nèi)徑。管式離心機(jī)的處理能力為：（3）離心分離設(shè)備其中：稱為離心沉降面積，是離心機(jī)結(jié)構(gòu)和操77分離工程第二章課件78TubularbowlTubularbowl79三、過濾定義：利用多孔介質(zhì)（如濾布）截留固體粒子，進(jìn)行固液分離的方法。過濾速度其中：A為過濾面積；p為操作壓力；Q為濾液體積；L為濾液粘度；Rm和Rc分別為介質(zhì)和濾餅的阻力；為濾餅的平均比阻；W為濾餅干重。三、過濾定義：利用多孔介質(zhì)（如濾布）截留固體粒子，進(jìn)行固液分80

濾餅傳統(tǒng)的過濾cakeConventionalfiltration

濾餅傳統(tǒng)的過濾cakeConventionalfiltr81分離工程第二章課件82分離工程第二章課件83過濾操作中，濾餅阻力是影響過濾速度的主要因素，因此一般在過濾前需對料液進(jìn)行絮凝或凝聚等預(yù)處理，此外可添加助濾劑(如硅藻土）提高過濾速度。3、過濾設(shè)備生化工業(yè)常用的過濾制備主要有：加壓葉濾機(jī)板框過濾機(jī)回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)過濾操作中，濾餅阻力是影響過濾速度的主要因素，因此一般在過濾84分離工程第二章課件85分離工程第二章課件86

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DryWashImmersionRotationKnife87第二節(jié)

細(xì)胞破碎第二節(jié)

細(xì)胞破碎88許多生物產(chǎn)物在細(xì)胞培養(yǎng)過程中不能分泌到胞外，而保留在細(xì)胞內(nèi)。如一些胞內(nèi)酶、部分外源基因表達(dá)產(chǎn)物和植物細(xì)胞產(chǎn)物等。這類生物產(chǎn)物在固液分離后，需對收集到的菌體或細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞破碎（Celldisruption)，使目標(biāo)產(chǎn)物釋放到液相中。除去細(xì)胞碎片后，再進(jìn)行后續(xù)分離純化操作。許多生物產(chǎn)物在細(xì)胞培養(yǎng)過程中不能分泌到胞外，而保留在細(xì)胞內(nèi)。89一、細(xì)胞的結(jié)構(gòu)不同種類的細(xì)胞結(jié)構(gòu)差別很大，破碎的難易程度不同：植物細(xì)胞＞真菌（如酵母菌）＞革蘭氏陽性細(xì)菌＞革蘭氏陰性細(xì)菌＞動物細(xì)胞。破碎細(xì)胞的目的就是使細(xì)胞壁和細(xì)胞膜受到不同程度的破壞或破碎，釋放其中的目標(biāo)產(chǎn)物。一、細(xì)胞的結(jié)構(gòu)不同種類的細(xì)胞結(jié)構(gòu)差別很大，破碎的難易程度不同90二、細(xì)胞破碎原理機(jī)械破碎的原理是細(xì)胞在機(jī)械作用力下受到壓縮和剪切而破碎。細(xì)胞越小，所需壓縮或剪切力越大，越難破碎?；瘜W(xué)破碎又稱化學(xué)滲透，其原理是利用化學(xué)或生化試劑（酶）改變細(xì)胞壁或細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，增大胞內(nèi)物質(zhì)的溶出速率；或者完全溶解細(xì)胞壁，形成原生質(zhì)體后，在滲透壓作用下使細(xì)胞膜破裂而釋放胞內(nèi)物質(zhì)。二、細(xì)胞破碎原理機(jī)械破碎的原理是細(xì)胞在機(jī)械作用力下受到壓縮和91三、細(xì)胞破碎法三、細(xì)胞破碎法921、機(jī)械破碎法（1）高壓勻漿破碎原理：主要利用細(xì)胞懸液在高壓作用下液相剪切力以及細(xì)胞與固定表面的撞擊力而使之破碎。1、機(jī)械破碎法93其中：S為細(xì)胞破碎率；p為操作壓力；N為循環(huán)操作次數(shù)；k為破碎速率常數(shù)，與細(xì)胞種類和操作溫度有關(guān)。

特點(diǎn)：適用于酵母和大多數(shù)細(xì)菌細(xì)胞的破碎，不宜用于團(tuán)狀或絲狀菌的破碎；由于操作中溫度會升高，需對料液作冷卻處理，保護(hù)目的產(chǎn)物活性。

影響因素：主要有壓力、循環(huán)操作次數(shù)和溫度等。其中：S為細(xì)胞破碎率；p為操作壓力；N為循環(huán)操作次數(shù)；特94（2）珠磨破碎破碎原理：利用在高速攪拌作用下，細(xì)胞和微球相互磨擦碰撞而破碎。（2）珠磨破碎95影響因素：主要有攪拌速度、細(xì)胞濃度、微球粒徑、密度、填充率和接觸時間等。其中：S為細(xì)胞破碎率；k為破碎速率常數(shù)，與微球粒徑、密度、填充率以及細(xì)胞濃度、攪拌速度和攪拌槳形狀等有關(guān)；t在間歇操作時為破碎操作時間，連續(xù)操作時t=V/Q為破碎室內(nèi)平均停留時間(V為破碎室有效體積；Q為細(xì)胞懸浮液的流量）。

影響因素：主要有攪拌速度、細(xì)胞濃度、微球粒徑、密度、填充率和96特點(diǎn)：適用范圍較廣；但有效能量利用率很低，應(yīng)充分考慮冷卻系統(tǒng)的熱交換能力；影響破碎率的操作參數(shù)較多，過程優(yōu)化設(shè)計較復(fù)雜。珠粒徑合適為好。破碎率與微珠直徑的關(guān)系：微珠粒徑/菌體=30~100間較合適。特點(diǎn)：97（3）撞擊破碎破碎原理：細(xì)胞冷凍后成為易于破碎的剛性球體，高速撞擊固定的撞擊板使其破碎。（3）撞擊破碎98特點(diǎn)：細(xì)胞破碎均勻；可通過調(diào)節(jié)載氣壓力控制細(xì)胞破碎程度；適用于細(xì)胞器（如線粒體、葉綠體）的回收。間歇、連續(xù)操作均可，適用于大多數(shù)微生物細(xì)胞和植物細(xì)胞破碎。特點(diǎn)：99（4）超聲波破碎破碎原理：超聲波作用下液體發(fā)生空化作用，產(chǎn)生極大的沖擊波和剪切力，使細(xì)胞破碎。影響因素：細(xì)胞種類、濃度和超聲波的能量等。特點(diǎn)：它是很強(qiáng)烈的破碎方法；適用范圍廣；但有效能量利用率極低，對冷卻的要求相當(dāng)苛刻，故不易放大，多在實(shí)驗(yàn)室使用。（4）超聲波破碎1002.Ultrasonication超聲波超聲波破碎儀

2.Ultrasonication超聲波超聲波破碎儀101分離工程第二章課件102WSK臥式高效全能珠磨機(jī)3.Crushinginballmill珠磨法

WSK臥式高效全能珠磨機(jī)3.Crushinginbal103ZM系列臥式密閉珠(砂)磨機(jī)ZM系列臥式密閉珠(砂)磨機(jī)104JJ-2組織搗碎勻漿機(jī)

JJ-2組織搗碎勻漿機(jī)1052、化學(xué)破碎法（1）化學(xué)試劑處理破碎原理：用酸堿、表面活性劑、螯合劑、有機(jī)溶劑或變性劑等處理細(xì)胞，增大細(xì)胞壁或細(xì)胞膜的通透性，或者降低胞內(nèi)物質(zhì)間相互作用，使目的產(chǎn)物易于釋放。2、化學(xué)破碎法106（2）酶溶破碎原理：利用溶解細(xì)胞壁的酶處理菌體細(xì)胞，增大胞內(nèi)產(chǎn)物的通透性。特點(diǎn)：不同的菌體用不同的酶。如溶菌酶適用于細(xì)菌；而酵母細(xì)胞的酶溶需用Zymolyase、-1,6-葡聚糖酶或甘露糖酶；破壞植物細(xì)胞則用纖維素酶。（2）酶溶107自溶：是一種誘使細(xì)胞產(chǎn)生溶解自身的酶的特殊的酶溶法。微生物代謝過程中都能產(chǎn)生一種水解細(xì)胞壁上聚合結(jié)構(gòu)的酶，以便使生長過程進(jìn)行下去，改變微生物環(huán)境，可誘發(fā)微生物產(chǎn)生過剩自溶酶或激發(fā)產(chǎn)生其它自溶酶，以達(dá)到自溶的目的，影響自溶的因素有溫度、時間、pH、緩沖液濃度、細(xì)胞代謝途徑等。微生物細(xì)胞自溶常采用加熱法或干燥法。自溶：是一種誘使細(xì)胞產(chǎn)生溶解自身的酶的特殊的酶溶法。108小結(jié)

機(jī)械破碎法優(yōu)點(diǎn)：處理量大、破碎效率高、速度