微生物细胞破碎原理和技术.pptVIP

为了研究细胞破碎，提升其破碎率，有必要了解各种微生物细胞壁组成和结构;细菌破碎主要阻力来自于肽聚糖网状结构,网状结构越致密,破碎难度越大,革兰氏阴性细菌网状结构不及革兰氏阳性细菌坚固；

酵母细胞壁破碎阻力也主要决定于壁结构交联紧密程度和它厚度；

因为霉菌细胞壁中含有几丁质或纤维素纤维状结构,其强度比细菌和酵母菌细胞壁有所提升。;为了破碎细胞,必须克服主要阻力是网状结构共价键。各种微生物细胞壁结构和组成差异很大,壁结构不但取决于遗传信息,也取决于生长环境,真菌壁结构还随发酵罐中混合机械作用而改变。

在用酶法或化学法来溶解细胞壁时,细胞壁结构和组成显得尤其主要,可用来作为选择溶菌酶和化学方法依据。

;分类;细胞破碎机理图;1.机械方法

为了粉碎微生物细胞，经常选择机械方法，因为它们处理量大，破碎速度较快。采取这些方法，细胞受到由高压产生高剪切力，但在大多数情况下要采取冷却办法，方便除去因为消耗机械能而产生过多热量，预防生化物质破坏。

;（1）珠磨机

研磨是惯用一个方法,它将细胞悬浮液与玻璃小珠、石英砂或氧化铝一起快速搅拌或研磨,使到达细胞某种程度破碎。

高速组织捣碎机和Braun匀浆器是试验室规模细胞破碎设备,利用玻璃小珠撞击微生物细胞而到达破碎目标。

这些装置主要缺点是在破碎期间样品温度快速升高,经过用二氧化碳来冷却容器可得到部分处理。

;在工业规模破碎中,能够采取高速珠磨机。在这种设备中,因为圆盘高速旋转,使细胞悬浮液和玻璃珠相互搅动,细胞破碎是由剪切力层之间碰撞和磨料滚动而引发。;（2）高压匀浆器

采取高压匀浆器是大规模破碎细胞惯用方法。利用高压迫使细胞悬浮液经过针形阀,因为突然减压和高速冲击撞击环造成细胞破裂。

在工业规模细胞破碎中,对于酵母菌等难破碎及浓度高或处于生长静止期细胞,常采取屡次循环操作方法。

;（3）X－press法

另一个改进高压方法是将浓缩菌体悬浮液冷却至－25℃至－30℃形成冰晶体,利用500MPa以上高压冲击,冷冻细胞从高压阀小孔中挤出。细胞破碎是因为冰晶体磨损,包埋在冰中微生物变形所引发。此法称为X－press法,主要用于试验室中。

该法优点是适用范围广,破碎率高,细胞碎片粉碎程度低以及活性保留率高。

该法对冷冰－融解敏感生化物质不适用。

;（4）超声波法

细胞破碎是因为超声波空穴作用,从而产生一个极为强烈冲击波压力,由它引发粘滞性旋涡在介质中悬浮细胞上造成了剪切应力,促使细胞内液体发生流动,从而使细胞破碎。

对于不一样菌种发酵液、超声波处理效果不一样,杆菌比球菌易破碎、革兰氏阴性菌细胞比革兰氏阳性菌细胞轻易破碎,对酵母菌效果极差。

超声波振荡轻易引发温度猛烈上升,操作时能够在细胞悬浮液中投入冰或在夹套中通入冷却剂进行冷却。

该法不适于大规模操作,因为放大后,要输入很高能量来提供必要冷却,这是困难。;（1）酶解法

利用酶反应,分解破坏细胞壁上特殊键,从而到达破壁目标。;惯用溶酶;对酵母细胞采取酶法破碎时,先加入蛋白酶作用蛋白质-甘露聚糖结构,使二者溶解,再加入葡聚糖酶作用裸露葡聚糖层,最终只剩下原生质体,这时若缓冲液渗透压改变,则细胞膜破裂,释出胞内产物。;自溶作用

是酶解另一个方法,所需溶胞酶是由微生物本身产生。

影响自溶过程原因有温度、时间、pH缓冲液浓度、细胞代谢路径等。

自溶法在一定程度上能用于工业规模,不过,对不稳定微生物轻易引发所需蛋白质变性,自溶后细胞培养液过滤速度也会降低。;（2）渗透压冲击是较温和一个破碎方法,将细胞放在高渗透压介质中（如一定浓度甘油或蔗糖溶液）,到达平衡后,介质被突然稀释,或者将细胞转入水或缓冲液中,因为渗透压突然改变,水快速进入细胞内,引发细胞壁破裂。渗透压冲击方法仅对细胞壁较脆弱菌,或者细胞壁预先用酶处理,或合成受抑制而强度减弱时才是适当。

（3）重复冻结一融化,可用于一些细胞破碎,或释放一些细胞组分。冻结－融化法系将细胞放在低温下突然冷冻和室温下融化,重复屡次而到达破壁作用。因为冷冻,首先能使细胞膜疏水键结构破裂,从而增加了细胞亲水性能,另首先胞内水结晶,使细胞内外溶液浓度改变,引发细胞突然膨胀而破裂。对于细胞壁较脆弱菌体,可采取此法。但通常破碎率很低,即使重复循环屡次也不能提升收率。另外,还可能引发对冻融敏感一些蛋白质变性。

;（4）干燥法可采取空气干燥,真空干燥,