微生物細(xì)胞的破碎

微生物細(xì)胞的破碎第一頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二胞內(nèi)產(chǎn)物，要首先進(jìn)行細(xì)胞破碎，使代謝產(chǎn)物轉(zhuǎn)入液相中，然后，再進(jìn)行細(xì)胞碎片的分離。

15微生物細(xì)胞的破碎第二頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二一、細(xì)胞壁的組成和結(jié)構(gòu)細(xì)胞破碎的主要阻力來(lái)自于細(xì)胞壁。第三頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（一）、細(xì)菌的細(xì)胞壁幾乎所有細(xì)菌的細(xì)胞壁都是由堅(jiān)固骨架肽聚糖組成。

G+細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)與G-有很大不同。破碎細(xì)菌的主要阻力是來(lái)自于肽聚糖的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其網(wǎng)結(jié)構(gòu)的致密程度和強(qiáng)度取決于肽聚糖上所存在的肽鍵的數(shù)量和其交聯(lián)的程度，如果交聯(lián)程度大，則網(wǎng)結(jié)構(gòu)就致密。第四頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（二）、酵母菌的細(xì)胞壁

主要成分：葡聚糖與甘露聚糖以及蛋白質(zhì)等，比革蘭氏陽(yáng)性菌稍厚，面包酵母的細(xì)胞壁厚度約為70nm，而且其厚度隨菌齡增加而增加。有可能僅有一部分厚度對(duì)酵母細(xì)胞壁的剛性和強(qiáng)度起重要作用。第五頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二結(jié)構(gòu)：最里層是由葡聚糖的細(xì)纖維組成，它構(gòu)成了細(xì)胞壁的剛性骨架，使細(xì)胞具有一定的形狀，中間是一層糖蛋白，再外面是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的甘露聚糖。破碎阻力主要決定于壁結(jié)構(gòu)交聯(lián)的緊密度和壁厚度。第六頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二大多數(shù)真菌的細(xì)胞壁主要由多糖組成，其次還含有較少量的蛋白質(zhì)和脂類。不同的真菌，細(xì)胞壁的組成有很大的不同，其中大多數(shù)真菌的多糖壁是由幾丁質(zhì)和葡聚糖構(gòu)成。真菌細(xì)胞壁的強(qiáng)度和聚合物的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)有關(guān)，不僅如此，它還含有幾丁質(zhì)或纖維素的纖維狀結(jié)構(gòu)，所以強(qiáng)度有所提高。（三）、其他真菌的細(xì)胞壁第七頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二紅面包霉菌的細(xì)胞壁具有同心圓層狀結(jié)構(gòu)，主要存在三種聚合物，葡聚糖，幾丁質(zhì)以及糖蛋白。第八頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（四）、細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)和細(xì)胞破碎破碎時(shí)必須克服的主要阻力是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的共價(jià)鍵。

細(xì)胞的大小和形狀以及聚合物的交聯(lián)程度都是影響破碎難易程度的重要因素。

壁結(jié)構(gòu)不僅取決于遺傳信息也取決于生長(zhǎng)環(huán)境，真菌的壁結(jié)構(gòu)還隨發(fā)酵罐中混合的機(jī)械作用而變化。第九頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二雖然通過(guò)改變遺傳密碼或環(huán)境因素能夠改變細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)，但目前沒(méi)有足夠資料表明該法能提高對(duì)機(jī)械破碎的敏感性，也沒(méi)有足夠的資料能用來(lái)頂測(cè)各種微生物對(duì)機(jī)械破碎的相對(duì)阻力。

在用酶法或化學(xué)法來(lái)溶解細(xì)胞壁時(shí)，細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)和組成顯得特別重要，可用來(lái)作為選擇溶菌酶和化學(xué)方法的依據(jù)。第十頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二二、微生物細(xì)胞的破碎技術(shù)第十一頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二第十二頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（一）、機(jī)械方法

優(yōu)點(diǎn)：處理量大，破碎速度較快。細(xì)胞受到由高壓產(chǎn)生的高剪切力，與玻璃珠一起的高速攪拌或超聲波。

第十三頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二機(jī)械法的缺點(diǎn):①

、需高能量，產(chǎn)生高溫和高剪切力，易使產(chǎn)品變性失活;需冷卻卻措施。②、就被破碎的有機(jī)體或釋放的產(chǎn)物而論，它們是非專一的。③、產(chǎn)生碎片微粒尺寸的大范圍細(xì)分布，大量細(xì)顆粒給分離帶來(lái)了困難。第十四頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二A珠磨機(jī)(Beadmill)

研磨：將細(xì)胞懸液與玻璃珠、石英砂或氧化鋁一起快速攪拌或研磨，使細(xì)胞破碎。

實(shí)驗(yàn)室設(shè)備：Mickle高速組織搗碎機(jī)和Braun勻漿器，利用玻璃小珠撞擊微生物細(xì)胞而破碎。

主要缺點(diǎn)：溫度迅速升高，需冷卻。另外，較大量的細(xì)胞可用膠質(zhì)磨來(lái)處理。第十五頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二工業(yè)規(guī)模：高速珠磨機(jī)。圓盤高速旋轉(zhuǎn)，使細(xì)胞懸液和玻璃珠相互攪動(dòng)，細(xì)胞破碎是由剪切力層之間的碰撞和磨料的滾動(dòng)而引起。第十六頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

瑞士：DynoMill。

磨室具夾套，可冷卻。在料液的出口處有一旋轉(zhuǎn)的圓盤和出口平板(出口位于平板的中部)很靠近，可防止珠體隨料液帶出。

典型的珠磨機(jī)的構(gòu)造：第十七頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二除磨室以?shī)A套冷卻外，攪拌軸和圓盤也可以冷卻，圓盤交錯(cuò)地裝在軸上，一種處于徑向，另一種和軸傾斜，徑向圓盤使磨料沿徑向運(yùn)動(dòng)，而傾斜圓盤使產(chǎn)生鈾內(nèi)運(yùn)動(dòng)。這種交錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，提高了破碎效率。西德生產(chǎn)的容量為20L的LM—20型珠磨機(jī)。第十八頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

破碎作用是相對(duì)于時(shí)間的一級(jí)反應(yīng)速度過(guò)程，符合下列公式：破碎作用動(dòng)力學(xué)第十九頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二影響速度常數(shù)K的因素：

珠體直徑，細(xì)胞濃度和負(fù)荷，料液流速，攪拌器轉(zhuǎn)速和構(gòu)型，溫度等。不僅影響破碎程度，也影響所需能量。

第二十頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二珠體的大小應(yīng)根據(jù)細(xì)胞大小、濃度以及在連續(xù)流動(dòng)的操作過(guò)程中不使珠體帶出來(lái)選擇，珠體在磨室中的裝量影響破碎程度和所需能量。增加攪拌速度能提高破碎效率，但過(guò)高會(huì)使破碎率降低，能耗增大。

操作溫度在5—40℃范圍內(nèi)對(duì)破碎物影響較小，但操作過(guò)程中，磨室溫度很容易升高，較小設(shè)備可采用冷卻夾套，但大型設(shè)備中熱量的除去是必需考慮的一個(gè)問(wèn)題。第二十一頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二B高壓均質(zhì)器

大規(guī)模破碎細(xì)胞常用，利用高壓迫使細(xì)胞懸浮液通過(guò)針形閥，由于突然減壓和高速?zèng)_擊撞擊環(huán)造成細(xì)胞破碎。第二十二頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二對(duì)酵母菌等難破碎的及濃度高或處于靜止期的細(xì)胞，常采用多次循環(huán)。其破碎屬于一級(jí)反應(yīng)速度過(guò)程，被破碎的細(xì)胞分率符合下式公式：多次循環(huán)第二十三頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二影響破碎的主要因素：壓力、溫度和通過(guò)勻漿器閥的次數(shù)。壓力：升高壓力有利于破碎，Brokman研究了能適應(yīng)于高壓操作的勻漿器，試驗(yàn)表明在約175MPa的壓力下，破碎率可達(dá)100％，但是也有試驗(yàn)表明當(dāng)壓力超過(guò)一定的值后，破碎率增長(zhǎng)得很慢。工業(yè)上常采用55—70MPa。第二十四頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

破碎性能隨菌體種類和生長(zhǎng)環(huán)境的不同而不同。

Gray報(bào)導(dǎo)生長(zhǎng)在簡(jiǎn)單的合成培養(yǎng)基上的大腸桿菌比生長(zhǎng)在復(fù)合培養(yǎng)基上易破碎。

高壓勻漿器中閥門的設(shè)計(jì)也影響破碎，閥座呈刀口狀比平面閥座破碎效率高。第二十五頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二第二十六頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二C.X-Press法原理：

將濃縮的菌體懸浮液冷卻至－25℃至－30℃形成冰晶體，利用500MPa以上的高壓沖擊，冷凍細(xì)胞從高壓閥小孔中擠出。細(xì)胞破碎是由于冰晶體的磨損，包埋在冰中的微生物的變形所引起的。此法稱為X—Press法或Hughespress法，主要用于實(shí)驗(yàn)室中。第二十七頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二影響因素：

高濃度的細(xì)胞、低溫、高的平均壓力能促進(jìn)破碎。優(yōu)缺點(diǎn)：

適用范圍廣，破碎率高，細(xì)胞碎片的粉碎程度低、活性保留率高，但是，該法對(duì)冷凍—融解敏感的生化物質(zhì)不適用。第二十八頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二頻率超過(guò)15-20kHz的超聲波可使懸浮液中微生物細(xì)胞失活，在較高的輸人功率下，可破碎微生物細(xì)胞。實(shí)驗(yàn)表明，在聲能高達(dá)200聲瓦的20kHz聲頻下，經(jīng)超聲波處理的釀酒酵母的蛋白質(zhì)釋放量在細(xì)胞濃度達(dá)到600kg(濕重)/m3之前，與細(xì)胞濃度無(wú)關(guān)，而幾乎與輸入聲能成正比。D.超聲波法第二十九頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

原理：

破碎原理是超聲波的空穴作用。在相當(dāng)高的輸入聲能下，液體各個(gè)成核部位會(huì)形成許多小氣泡。在聲波膨脹相中，這些氣泡會(huì)增大，而在壓縮相中氣泡會(huì)被壓縮，直到不能再壓縮時(shí)，氣泡破裂，釋放出猛烈的震波。這種震波通過(guò)介質(zhì)傳播。在氣泡發(fā)生空穴現(xiàn)象的破碎期間，大量聲能被轉(zhuǎn)化成彈性波形式的機(jī)械能，引起局部的剪切梯度使細(xì)胞破碎。液體對(duì)聲能的吸收是由總的壓力決定的，在達(dá)到某一限值之前，提高環(huán)境壓力可以提高聲能對(duì)震波能的轉(zhuǎn)化率。第三十頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二缺點(diǎn)：溫度劇烈上升，需冷卻。不適于大規(guī)模操作，因?yàn)榉糯蠛?，要輸入很高的能量?lái)提供必要的冷卻。第三十一頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二不同菌種、超聲波處理的效果不同。

桿菌比球菌易破碎、革蘭氏陰性菌比革蘭氏陽(yáng)性菌容易破碎，對(duì)酵母菌的效果極差。第三十二頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二超聲波破碎時(shí)，影響生物產(chǎn)品收率的因素：1、溫度上升當(dāng)氣泡破裂時(shí)，絕大部分釋放出來(lái)的能都以熱的形式為液體所吸收，為了避免高溫，懸浮液應(yīng)預(yù)先冷卻到0－5C，并且還應(yīng)用冷卻液連續(xù)通入容器夾套，即短期的聲波破碎與短期的冷卻交替操作，聲波破碎/冷卻的時(shí)間比率稱為“負(fù)載因素”。第三十三頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二2、化學(xué)效應(yīng)超聲處理會(huì)引起諸如生成游離基這樣的化學(xué)效應(yīng)，它可能對(duì)某些需要的分子帶來(lái)破壞性影響，但對(duì)破碎細(xì)胞毫無(wú)影響?？赏ㄟ^(guò)添加游離基清除劑如胱氨酸或谷胱甘肽，或者用氫氣預(yù)吹細(xì)胞懸浮液來(lái)緩和。第三十四頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二由一個(gè)帶夾套的燒杯組成，其形狀和尺寸會(huì)影響懸浮液的流體動(dòng)力學(xué)。對(duì)于剛性細(xì)胞可以添加細(xì)小的珠粒，產(chǎn)生輔助的研磨效應(yīng)。超聲波反應(yīng)器內(nèi)，有四根內(nèi)環(huán)管，由于聲波振蕩能量會(huì)泵送懸浮液循環(huán)，用插入進(jìn)出口管到內(nèi)部燒杯去的方法，就可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作。連續(xù)超聲波破碎的實(shí)驗(yàn)室裝置第三十五頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二影響超聲波破碎效率的參數(shù):(1)、振幅振幅直接與聲能有關(guān)，影響蛋白質(zhì)釋放的比速度k。(2)、細(xì)胞懸浮液的粘度粘度影響能耗并會(huì)抑制空穴現(xiàn)象。第三十六頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二(3)、表面張力添加表面活性劑或從細(xì)胞中釋放出表面活性物質(zhì)(如蛋白質(zhì))，能顯著地影響聲波破碎效率。因?yàn)閺?qiáng)烈起泡在氣一液界面上會(huì)促使蛋白質(zhì)變性和空穴清除，特別是應(yīng)用高的功率時(shí)。(4)、被處理懸浮液的體積大體積需要高的聲能引起強(qiáng)烈渦流和大氣泡形成。第三十七頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二(5)、珠粒的體積和直徑

添加細(xì)小的珠粒，玻璃或者鋼制的，不僅對(duì)空穴的形成有幫助，而且產(chǎn)生輔助“研磨”效應(yīng)，從而提高破碎效率。在相同珠粒填充密度下，隨著珠粒直徑的變化，k存在最大值。第三十八頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二(6)、探頭的形狀和材料

對(duì)于一個(gè)能級(jí)恒定的功率，探頭的振幅與其面積成反比，然而對(duì)于小直徑的探頭，聲能限制在較小的區(qū)域并且效率低。特別是當(dāng)懸浮液的體積小的時(shí)候，能量在探頭嘴附近被懸浮液吸收，強(qiáng)烈的渦流會(huì)變小。對(duì)于大的探頭，聲能消耗在大范圍上，結(jié)果則使振幅更小。探頭嘴通常用鈦制造，因?yàn)殁伨哂辛己玫穆晫W(xué)和機(jī)械特性以及對(duì)生物活性產(chǎn)物的低毒性。為了維修和替換，通常探頭可以拆卸。除鈦以外，還可使用其他材料如不銹鋼或硬質(zhì)鋼，但是其聲學(xué)和機(jī)械特性都不如鈦，破碎速度也大幅度降低。第三十九頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二(7)、細(xì)胞懸浮液的流速在連續(xù)操作中，流速取決于細(xì)胞在反應(yīng)器中的停留時(shí)間，并影響破碎的總收率。聲波破碎在實(shí)驗(yàn)室廣泛應(yīng)用，但在工業(yè)范圍中還未采用這種方法，因?yàn)橐虼罅考?xì)胞懸浮液中通入足夠的能量是很困難的。

第四十頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（二）、非機(jī)械方法酶解滲透壓沖擊，凍結(jié)和融化熱處理、化學(xué)法溶胞第四十一頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二原理：利用酶反應(yīng)，分解破壞細(xì)胞壁上特殊的鍵，從而達(dá)到破壁目的。

A.酶解法第四十二頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二優(yōu)點(diǎn):產(chǎn)品釋放的選擇性高;抽提的速率和收率高;產(chǎn)品的破壞最少;對(duì)pH值和溫度等外界條件要求低;不殘留細(xì)胞碎片。缺點(diǎn)：廣泛應(yīng)用受酶的費(fèi)用限制。若在超濾反應(yīng)器中使用可溶性固定化酶可望解決酶的費(fèi)用問(wèn)題。第四十三頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二單一酶不易降解細(xì)胞壁，需要選擇適宜的酶及酶反應(yīng)系統(tǒng)，確定特定的反應(yīng)條件，并結(jié)合其他的處理方法，如輻照、加入高濃度鹽及EDTA，或利用生物因素促使生物對(duì)酶解作用敏感等第四十四頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二如果是酵母細(xì)胞的破壁，至少有兩種酶是必需的，即細(xì)胞壁－溶解蛋白酶和β(1-3)葡萄糖酶，但是β(1-6)葡萄糖酶，甘露糖酶和甲殼素酶將加速這一溶解過(guò)程。對(duì)于細(xì)菌，糖苷酶、N一乙酞胞壁酰-L一丙氨酸酰胺酶和多肽酶的混合物將加速肽聚糖的溶解。在破碎革蘭氏陰性菌時(shí)，為了去除外部雙層脂質(zhì)需要用表面活性劑進(jìn)行預(yù)處理。第四十五頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二除上述外，可采用的酶還有其他類型的蛋白酶、脂肪酶、溶菌酶、核酸酶、透明質(zhì)酸酶等。第四十六頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二應(yīng)用最多，專一地分解肽聚糖的?－1，4糖苷鍵，經(jīng)溶菌酶處理后的細(xì)胞移至低滲溶液中使細(xì)胞破裂。溶菌酶：第四十七頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

原理：微生物代謝能產(chǎn)生一種能水解細(xì)胞壁上聚合結(jié)構(gòu)的酶，以便使生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行下去。可是，改變微生物的環(huán)境可以誘發(fā)產(chǎn)生過(guò)剩的這種酶或激發(fā)產(chǎn)生其它的自溶酶，以達(dá)到自溶的目的。影響因素：有溫度、時(shí)間、pH緩沖液濃度、細(xì)胞代謝途徑等。方法：微生物自溶常采用加熱法或干燥法。B.自溶法第四十八頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二舉例：1、谷氨酸產(chǎn)生菌，可加入0.028mol／LNa2CO3和0.018mol／LNaHCO3，pH10的緩沖液，使成3％的懸浮液，加熱至70C，保溫?cái)嚢?0分鐘，菌體即自溶。2、酵母自溶溫度需在45—50C下保持12—24小時(shí)。

第四十九頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二自溶法在一定程度上能用于工業(yè)規(guī)模，但是，對(duì)不穩(wěn)定的微生物容易引起所需蛋白質(zhì)的變性，自溶后的細(xì)胞培養(yǎng)液過(guò)濾速度也會(huì)降低。第五十頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二采用抑制細(xì)胞壁合成的方法能導(dǎo)致類似于酶解的結(jié)果。某些抗生素如青霉素或環(huán)絲氨酸，能阻止新細(xì)胞壁物質(zhì)的合成。抑制劑應(yīng)在發(fā)酵過(guò)程細(xì)胞生長(zhǎng)期的后期加入。只有當(dāng)抑制劑加入后，生物合成和再生還在繼續(xù)進(jìn)行，溶胞的條件才是有利的。這樣在細(xì)胞分裂階段存在的細(xì)胞壁有缺陷，故能達(dá)到溶胞作用。此法費(fèi)用很貴。C.抑制細(xì)胞壁合成第五十一頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

原理：滲透壓沖擊是較溫和的一種破碎方法，將細(xì)胞放在高滲透壓的介質(zhì)中(如一定濃度的甘油或蔗糖溶液）達(dá)到平衡后，介質(zhì)被突然稀釋，或者將細(xì)胞轉(zhuǎn)入水或緩沖液中，由于滲透壓的突然變化，水迅速進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，引起細(xì)胞壁的破裂。

D.滲透壓沖擊第五十二頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二例如，從大腸桿菌中制備親水性酶時(shí)，首先將細(xì)胞用30mmo1／LTris－HCl緩沖液洗滌。然后，將菌體置于30mmol／LTris－HCl，0.1mmo1／LEDTA,pH7.2的20%蔗糖溶液中攪動(dòng)，待菌體內(nèi)外平衡后離心，菌體在4C冷卻后，迅速投入冷水中，劇烈攪拌10分鐘，即有水溶性酶被釋放出來(lái)。滲透壓沖擊的方法僅對(duì)細(xì)胞壁較脆弱的菌，或者細(xì)胞壁預(yù)先用酶處理，或合成受抑制而強(qiáng)度減弱時(shí)才是合適的。第五十三頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

原理：反復(fù)凍結(jié)—融化法系將細(xì)胞放在低溫下突然冷凍和室溫下融化，反復(fù)多次而達(dá)到破壁作用。由于冷凍，一方面能使細(xì)胞膜的疏水鍵結(jié)構(gòu)破壞，從而增加了細(xì)胞的親水性能，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。對(duì)于細(xì)胞壁較脆弱的菌體，可采用此法。

缺點(diǎn)：但通常破碎率很低，即使反復(fù)循環(huán)多次也不能提高收率。另外，還可能引起對(duì)凍融敏感的某些蛋白質(zhì)的變性。E.反復(fù)凍結(jié)—融化第五十四頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

原理：干燥法可采用空氣干燥，真空干燥，噴霧干燥和冷凍干燥等。它使細(xì)胞膜滲透性改變，當(dāng)用丙酮、丁醇或緩沖液等溶劑處理時(shí)，胞內(nèi)物質(zhì)就容易被抽提出來(lái)。

空氣干燥主要適用于酵母菌，一般在25—30℃的氣流中吹干，然后用水、緩沖液或其它溶劑抽提?？諝飧稍飼r(shí)，部分酵母可能產(chǎn)生自溶，所以較冷凍干燥、噴霧干燥容易抽提。

真空干燥適用于細(xì)菌的干燥。F.干燥法第五十五頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

冷凍干燥適用于較不穩(wěn)定的生化物質(zhì)，將冷凍干燥后的菌體在冷凍條件下磨成粉，然后用緩沖液抽提。

有機(jī)溶劑脫水：例如，丙酮等使細(xì)胞脫水，即可將菌體懸浮液慢慢倒入10倍體積預(yù)冷至－20℃的丙酮中攪拌使之脫水，丙酮除能脫水外，還能溶解除去膜上部分脂肪，所以更容易抽提。

缺點(diǎn)：干燥法條件變化較劇烈，容易引起蛋白質(zhì)或其它組織變性。第五十六頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二G.化學(xué)法處理用某些化學(xué)試劑溶解細(xì)胞壁或抽提細(xì)胞中某些組分的方法稱為化學(xué)滲透法。例如酸、堿、某些表面活性劑及脂溶性有機(jī)溶劑(如丁醇、丙酮、氯仿等)，都可以改變細(xì)胞壁或膜的通透性，從而使內(nèi)含物有選擇性地滲透出來(lái)。第五十七頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二①、酸堿用來(lái)調(diào)節(jié)溶液的pH值，改變細(xì)胞所處的環(huán)境，從而改變兩性產(chǎn)物－蛋白質(zhì)的電荷性質(zhì)，使蛋白質(zhì)之間或蛋白質(zhì)與其他物質(zhì)之間的作用力降低而易于溶解到液相中去，便于后面的提取。第五十八頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二②有機(jī)溶劑常用的是甲苯，它被細(xì)胞壁脂質(zhì)層吸收后會(huì)導(dǎo)致胞壁膨脹，最后造成細(xì)胞壁的破裂，可處理的菌體有無(wú)色桿菌、芽孢桿菌、梭菌、假單胞桿菌等菌體。但甲苯具有致癌性，一般選用具有與細(xì)胞壁中脂質(zhì)類似的溶解度參數(shù)的溶劑作為細(xì)胞破碎用的溶劑。某些脂溶性溶劑也能作為化學(xué)處理的方法，如丁醇、丙酮、氯仿及尿素等。但是，這些試劑容易引起生化物質(zhì)破壞，還會(huì)帶來(lái)分離和回收化學(xué)物質(zhì)的問(wèn)題。第五十九頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二③表面活性劑

都是兩性化合物，分子中有一個(gè)親水基團(tuán)和一個(gè)疏水基團(tuán)，在適當(dāng)?shù)膒H值和離子強(qiáng)度下，它們凝集在一起形成微膠束，疏水基團(tuán)聚集在膠束內(nèi)部將溶解的脂蛋白包在中心，而親水基團(tuán)則向外層，這樣使膜的通透性改變或使之溶解，該法特別適用于膜結(jié)合的酶的溶解。第六十頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二表面活性劑有天然的(如膽酸鹽及磷脂)和合成的(陰離子型如十二烷基磺酸鈉;非離子型如吐溫(Tween)，陽(yáng)離子型如二乙氨基十六烷基溴)兩類。一般來(lái)說(shuō)離子型的比非離子型更有效，但也容易使蛋白質(zhì)變性。典型的例子是用表面活性劑Triton(非離子型)，從一種諾卡氏菌中選擇性地提取膽固醇氧化酶。這種表面活性劑比較昂貴并且易污染產(chǎn)物，因此難以大規(guī)模應(yīng)用。第六十一頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

舉例：對(duì)于胞內(nèi)的異淀粉酶，可加入0.1％十二烷基硫酸鈉或0.4％TritonX—100于酶液中作為表面活性劑，30℃振蕩30h，異淀粉酶就能較完全地被抽提出來(lái)，所得比活性較機(jī)械破碎為高。

第六十二頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二任何破壁方法都有局限性和不足，應(yīng)根據(jù)破壁目的、產(chǎn)物的類型和位置，選用合適的方法，達(dá)到選擇性地分步釋放目標(biāo)產(chǎn)物的要求。其一般原則為:若提取的產(chǎn)物在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，需用機(jī)械破碎法。若在細(xì)胞膜附近則可用較溫和的非機(jī)械法。若提取的產(chǎn)物與細(xì)胞膜或壁相結(jié)合時(shí)，可采用機(jī)械法和化學(xué)法相結(jié)合的方法，以促進(jìn)產(chǎn)物溶解度的提高或緩和操作條件，但保持產(chǎn)物的釋放率不變。

總結(jié)第六十三頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二選擇破碎方法要考慮的因素：

細(xì)胞的數(shù)量，產(chǎn)物對(duì)破碎條件(溫度、化學(xué)試劑、酶等)的敏感性，破碎程度及破碎速度，希望盡可能采用最溫和的方法。具有大規(guī)模應(yīng)用潛力的生化產(chǎn)品還要選擇適合于放大的破碎技術(shù)。

第六十四頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二①多種破碎方法相結(jié)合。即機(jī)械方法與非機(jī)械方法的結(jié)合等，如用細(xì)胞壁溶解酶預(yù)處理面包酵母，然后高壓勻漿，在95MPa壓力下勻漿4次，總破碎率可接近100%,而單獨(dú)高壓勻漿法破碎率只有32%②與下游過(guò)程相結(jié)合。必須從后分離過(guò)程的整體來(lái)考慮破碎操作，即破碎過(guò)程要易于細(xì)胞碎片的除凈;③與上游過(guò)程相結(jié)合。細(xì)胞的培養(yǎng)過(guò)程及其環(huán)境條件對(duì)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)及破碎難易有很大影響。④用基因工程的方法對(duì)菌種進(jìn)行改造。