细胞破碎技术.ppt

细胞破碎原理及动力学在高速细胞破碎球磨机内，高速旋转搅拌叶搅动细胞悬浮液和球磨剂--玻璃珠，由于切力层间的碰撞及球磨剂的旋辗而使细胞破碎。因此，细胞破碎的过程实为一级反应动力学过程。如果以细胞内蛋白质的释放来衡量破碎程度，蛋白质释放速度直接与未释放的蛋白质量成正比。loge[Rm/(Rma-R)]=logeD=ktR为某一时间测定的细胞破碎释放的蛋白质量，Rm为总蛋白质释放量，k为一级反应动力学常数。将上式对时间t积分D=Rm/Rma-R，即为未释放蛋白质的百分数的倒数。若按细胞破碎率来表示，可写成：loge(Xma/1-X)=kt这里Xma为最大破碎率，X是在时间t时的破碎率。第63页，共127页，星期日，2025年，2月5日细胞破碎原理及动力学按可溶性蛋白质释放的破碎动力学，则可写为：loge[Rm/(Rma-R)]=logeD=kt若按实际测定的蛋白质量Ro表示，当Ro=Rma时，则Ro=Rma+k2/k1.K按细胞破碎率来表示，可写成：loge(Xma/1-X)=kt通过对破碎细胞的球磨机的示踪研究表明，其动力学行为与连续搅拌反应器(CSTR)很相似，因此，对Dyno-millKDL0.6的球磨过程可以认为是由四个串联的搅拌反应器组成，即由四个搅拌叶构成一个反应器，相邻的搅动叶轮距离较小，因此，存在反流现象，而使其效率略有降低。而5L的Dyno-mill，因反流现象可以忽略，因此破碎效率较高。第64页，共127页，星期日，2025年，2月5日影响细胞破碎的因素及其相互关系细胞种类及状态利用Dyno-millKDL进行的细胞破碎试验表明，不同中属的微生物细胞在相同条件下破碎时，其破碎效率有明显差异，如表。菌种活菌数蛋白质酶?最大破碎率(%)K(min-1)最大释放量(mg/g.dl)K(min-1)最大释放量（IU/g.dl）K(min-1)假单孢菌--66.01.146.21.6阴沟肠杆菌1001.399.01.5570.01.65大肠杆菌1001.7540.51.732.01.4酵母901.4654.01.545.01.3第65页，共127页，星期日，2025年，2月5日影响细胞破碎的因素及其相互关系上述差异的主要原因是不同种属的微生物细胞的大小和形态，细胞壁或膜的结构不同，另外，因生长条件如培养温度，时间，营养成份不同使上述的细胞形态细胞壁结构等也有差别。因此，即使在相同的破碎条件下其破碎效果也不同。换句话说，不同种属的微生物细胞所需的破碎条件也不相同。从大量文献中可以总结出这样的规律：按细胞破碎的难易程度是细菌＜酵母＜真菌＜藻类。另外，细胞的保存情况也会影响破碎效果，保存状态破碎程度(%)5(min)10(min)15(min)喷雾干燥559197新鲜8799100第66页，共127页，星期日，2025年，2月5日细胞浓度在细胞破碎前，需用适当的介质，比如缓冲液按细胞重量配制成一定细胞浓度的悬浮液。悬浮液要均匀，要防止有结块和沉淀。初始的细胞浓度对破碎速率的影响如图。破碎速度常数(K)与酵母浓度的关系?不锈钢搅拌叶，?聚氨酯搅拌叶第67页，共127页，星期日，2025年，2月5日细胞浓度一级反应动力学的速成常数应当与细胞浓度无关，但在较高细胞浓度下，破碎过程细胞内含物不断释放使系统粘度不断升高，混合速度降低，导致破碎速率下降。在高细胞浓度下，最大蛋白质释放量(Rm)降低，但破碎率高。低细胞浓度下，细胞的总蛋白质释放量高，并受流出速度影响较小；高细胞浓度下，细胞的总蛋白质释放量降低，特别是在高流出速度下，总蛋白质释放量随细胞