分离工程第二章,细胞分离与破碎
生物分离工程(2)
第一章绪论生物技术与生物分离（填空）1.生物分离的一般步骤：预处理、产物提取、纯化、产品精制。
生物分离的本质是物质的分离。
2.生物分离基本原理：生物分离的基本原理是指根据混合物（包括原子、离子、分子、分子复合物、分子聚合体、和细胞、细胞碎片和颗粒等）中各种溶质间具有物理、化学和生物学性质的差别，利用能够识别这些差别的分离性质和能够扩大这些差别的分离设备，实现各种物质的分离，或使被分离的产物得以纯化。
3.生物分离的方法依靠的性质①物理学性质：力学性质：溶质的密度:尺寸、大小和形状。
重力沉降,分子或颗粒的离心分离和膜分离热力学性质：溶质的溶解度(液相固相平衛)、挥发度(气液相平衡),表面活性剂及在相间的分配平衡行为的差异等性质,可进行蒸馏、蒸发、吸收、萃取、结晶、沉淀、泡沫分离、吸附传质性质：粘度、分子扩散系数和热扩散现象等,利用传质速度的差异也可进行分离如透析电磁性质：溶质的荷电特性,如电荷分布,电离度、等电点和磁性等可采用电渗析、离子交换、磁性分离②化学性质：化学吸附和化学吸收是利用化学反应进行的分离的典型例子化学热力学性质(化学平衡常数)、反应动力学(反应速率)、化学解离特性(激光激发作用极化、离子化)、③生物学：生物分子识别:生物亲和作用；生物输送性质:生物膜输送；生物反应、控制:酶反应、免疫系统第二章发酵液的预处理和固体分离一.预处理的目的:促进从悬浮液中分离固形物的速度,提高固液分离的效率:①改变发酵液的物理性质,包括增大悬浮液中固体粒子的尺寸,降低液体黏度。
②相对纯化,去除发酵液中的部分杂质(高价无机离子和杂蛋白质),以利于后续各步操作。
③尽可能使产物转入便于后处理的一相中(多数是液相)二.发酵液预处理的方法：1.降低液体的粘度：常用方法有加水稀释和加热处理。
2.调节PH：直接影响发酵液中某些物质的电离度和电荷性质,3.凝聚：改变细胞、细胞碎片及溶解大分子物质的分散状态，使其聚结成较大的颗粒，便于提高过滤速率。
《生化分离工程》思考题与答案
第一章绪论1、何为生化分离技术？其主要研究那些容？生化分离技术是指从动植物组织培养液和微生物发酵液中分离、纯化生物产品的过程中所采用的方法和手段的总称。
2、生化分离的一般步骤包括哪些环节及技术？一般说来，生化分离过程主要包括4个方面：①原料液的预处理和固液分离，常用加热、调PH、凝聚和絮凝等方法；②初步纯化(提取)，常用沉淀、吸附、萃取、超滤等单元操作；③高度纯化(精制)，常选用色谱分离技术；④成品加工，有浓缩、结晶和干燥等技术。
3、生化分离工程有那些特点，及其重要性？特点：1、目的产物在初始物料（发酵液）中的含量低；2、培养液是多组分的混合物，除少量产物外，还有大量的细胞及碎片、其他代物（几百上千种）、培养基成分、无机盐等；3、生化产物的稳定性低，易变质、易失活、易变性，对温度、pH值、重金属离子、有机溶剂、剪切力、表面力等非常敏感；4、对最终产品的质量要求高重要性：生物技术产品一般存在于一个复杂的多相体系中。
唯有经过分离和纯化等下游加工过程，才能制得符合使用要求的产品。
因此产品的分离纯化是生物技术工业化的必需手段。
在生物产品的开发研究中，分离过程的费用占全部研究费用的50％以上；在产品的成本构成中，分离与纯化部分占总成本的40～80％；精细、药用产品的比例更高达70～90％。
显然开发新的分离和纯化工艺是提高经济效益或减少投资的重要途径。
4、生物技术下游工程与上游工程之间是否有联系？它们之间有联系。
①生物工程作为一个整体，上游工程和下游工程要相互配合，为了利于目的产物的分离与纯化，上游的工艺设计应尽量为下游的分离纯化创造条件，例如，对于发酵工程产品，在加工过程中如果采用液体培养基，不用酵母膏、玉米浆等有色物质为原料，会使下游加工工程更方便、经济；②通常生物技术上游工程与下游工程相耦合。
发酵-分离耦合过程的优点是可以解除终产物的反馈抑制效应，同时简化产物提取过程，缩短生产周期，收到一举数得的效果。
生物分离工程知识点复习（有）
⽣物分离⼯程知识点复习（有）2009-2010学年第⼀学期《⽣物分离⼯程》复习⼤纲第⼀章绪论⼀、⽣物分离过程的⼀般流程P3⼆、⽣物分离的⼀般步骤：⼀般分四步1、不溶物的去除（固液分离）Removal of insolubles2、杂质粗分或称分离（浓缩）使⽤离⼦交换吸附、萃取；以上分离过程不具备特异性，只是进⾏初分，可提⾼产物浓度和质量。
Isolation3、纯化（⾊谱、电泳、沉淀）Purification4、精制（结晶）Polishing三、⽣物分离过程的特点（四个，P4）第⼆章细胞分离与破碎⼀、⽣物悬浮液预处理⽬的a 改变发酵液物理性质b 产物转⼊液相中c 除去发酵液中部分杂质⼆、凝聚和絮凝的概念及作⽤凝聚：添加盐类破坏细胞双电层，导致细胞聚集。
絮凝：添加絮凝剂在细胞间形成桥架作⽤。
作⽤：加快重⼒沉降速率（直径增加），去除蛋⽩质，提⾼过滤速度和质量。
三、⽣物悬浮液固液分离⽅法离⼼和过滤四、离⼼设备从形式上分为管式、螺旋式、碟⽚式。
五、细胞破碎的概念和破碎的关键⽬标及原因破碎细胞壁和细胞膜，关键是细胞壁。
原因：因为细胞壁是具有⼀定刚性和坚韧的物质，起到保护细胞的作⽤，当细胞与周围环境交换营养物或代谢产物时，细胞壁起了调节和控制的作⽤。
此外，它还具有抗机械撞击作⽤的功能。
六、超声破碎细胞的原理超声波在⾼强度声能输⼊下，利⽤空化现象(cavitation)引起的冲击波和剪切⼒使细胞破碎。
七、细胞破碎程度的测定⽅法直接计数法：直接对适当稀释后的样品进⾏计数，可以通过平板计数技术或在⾎球细胞器上⽤显微镜观察来实现最终染⾊细胞的计数。
间接计数法：间接计数法是在细胞破碎后，测定悬浮液中细胞释放出来的化合物的量(例如可溶性蛋⽩、酶等)。
破碎率可通过被释放出来化合物的量R与所有细胞的理论最⼤释放量Rm之⽐进⾏计算。
间接计数法最常⽤的细胞内含物是蛋⽩质，特别是酶活性释放到基质中，是破碎程度很好的指⽰参数。
⼋、离⼼和珠磨法破碎细胞的计算第三章初级分离⼀、沉淀的概念（P35）以及与结晶的区别沉淀和结晶的区别在于形态的不同，结晶是同类分⼦或离⼦以有规则排列形式析出，沉淀是同类分⼦或离⼦以⽆规则的紊乱排列形式析出。
《生化分离工程》教案
第三节 细胞破碎
1固-液分离设备及其特点（重点）（35min）
2细胞破碎概述细胞壁的结构和化学组成（10min）
3常用的细胞破碎方法（重点）及其原理（难点）、机械破碎法所用设备（30min）
4细胞破碎率的测定（5min）
5细胞破碎研究方向（5min）
6小结及思考题（5min）
3滤饼的重量比阻rB
教后小结
学生对絮凝以及凝聚概念有清楚的理解，对发酵液的预处理基本掌握。
教案1
课时安排
4学时
教学次序
第3次课
授课题目
第二章细胞分离与破碎
第三节细胞破碎
1固-液分离设备
2细胞破碎概述细胞壁的结构和化学组成
3常用的细胞破碎方法及其原理、机械破碎法所用设备
4细胞破碎率的测定
5细胞破碎研究方向
2.严希康著，《生化分离工程》，化学工业出版社，北京，2001年2月
3.孙彦著，《生物分离工程》，化学工业出版社，北京，2005年3月
4.欧阳平凯，胡永红著，《生物分离原理及技术》，化学工业出版社，北京，2006年2月
5.谭天伟著，《生物分离技术》，第二版，化学工业出版社，北京，2007年8月
6.朱志强著，《超临界流体萃取技术原理》，化学工业出版社，北京，2001年8月（2）相关专业网站：
小木虫学术科研第一站：/
食品伙伴网：/
食品商贸网：/
食品工业网：/
食品科技网：/
教学难点
凝聚和絮凝的区别、滤饼的重量比阻rB
教学方法
讲授法、谈话法。多媒体辅助教学。
教学过程设计
第二章细胞的分离与破碎
第一节发酵液的预处理第二节固液分离
1发酵液预处理的目的（15min）和具体方法（重点30min）
生物分离工程 第二章
细胞分离与破碎
（2）珠磨
影响因素：搅拌速度、停留时间、微珠粒径、细胞本身 适用对象：绝大多数微生物细胞
2
细胞分离与破碎
（3）喷雾撞击破碎
喷雾撞击破碎器结构简图
特点：细胞破碎程度均匀，可避免过度破碎，适用 于细胞器（线粒体、叶绿体等）的回收 适用对象：大多数微生物细胞和植物细胞
2
细胞分离与破碎
（4）超声波破碎 机理：在超声波作用下液体发生空化作用，空穴的 形成、增大和闭合产生极大的冲击波和剪切力，使细胞 破碎。 影响因素：细胞种类，细胞浓度，频率、功率 适用对象：多数微生物细胞
物理渗透法
（1）渗透压冲击法
（2）冻结-融化法
2
细胞分离与破碎
2.2.4 目标产物的选择性释放
细胞破碎的目的是使胞内的目标产物释放出来，以 进行进一步的分离纯化，因此，理想的破碎方法应当是
使目标产物尽可能多的释放出来，而杂质成分尽可能少 得释放。 ① 仅破坏或破碎目标产物的周围。
① 选择性溶解目标产物。
Rc
W
A
kp
m
一般需缓慢增大操作压力，最终操作压力不超过 0.3 ～ 0.4MPa。
2
细胞分离与破碎
2.1.3.2
过滤设备
工业上常用的过滤设备：加压叶滤机、板框过滤机、 转鼓真空过滤机。
加压叶滤机
转鼓真空过滤机
2
细胞分离与破碎
板框过滤机
2
细胞分离与破碎
2.2 细 胞 破 碎
2.2.1 细胞结构
不同生物细胞，其细胞结构差异很大。
2.2.2 细胞破碎和产物释放原理
摩擦力、撞击作用力、剪切力、化学溶解、酶解
渗透作用力等。
生化分离技术 细胞破碎分离
细胞－胞内产物 细胞－胞内产物 路线一B 包含体 溶解(加盐酸胍、脲 加盐酸胍、脲 ) 复性 细胞破碎 碎片分离 碎片分离
原料液 原料液
细胞分离 ( 细胞分离 ( 离心，过滤 离心，过滤 )) 路线一 路线二 清液－胞外产物
路线一A
粗分离( 盐析、萃取、超过滤等 盐析、萃取、超过滤等 ) 纯化( 层析、电泳 层析、电泳 ) 脱盐( 凝胶过滤、超过滤 凝胶过滤、超过滤 )
通过改变微生物生长环境（温度、pH、缓 冲液），可以诱发产生自溶酶或激发产生其 它的自溶酶，以达到自溶目的。
缺点是：易引起所需蛋白质的变性，自溶后 细胞悬浮液粘度增大，过滤速度下降。
（2）物理法
渗透压冲击法 冻结-融化法 干燥法
①渗透压冲击法
将细胞放在高渗透压的溶液中（如一定 浓度的甘油或蔗糖溶液），由于渗透压的作 用，细胞内水分便向外渗出，细胞发生收缩， 当达到平衡后，将介质快速稀释，或将细胞
之间的互相剪切、碰撞，使细胞破碎，
释放出内含物。
WSK卧式高效全能珠磨机
②影响珠磨法破碎的因素
破碎作用公式：
ln[1/(1-R)]=Kt
R — 破碎率；K— 一级反应速度常数； t—时间。 K与搅拌转速、细胞悬浮液浓度和循环 速度、玻璃小珠装量和珠体直径，以及 温度等相关。
②影响珠磨法破碎的因素
某些植物细胞，当生长停止后，在细胞质 和初生细胞壁之间形成了次生细胞壁。次 生壁一般较厚 (4μm以上 ) ，常有三层组成。
n
在次生壁中，纤维素和半纤维素含量比初 生壁增加很多，纤维素的微纤丝排列得更 紧密和有规则，而且存在木质素的沉积。
二
生物分离工程(三版)(孙彦)02
区带形成条件
离心条件
在最前的沉降物质达到管底 前停止，短时间，低速度
使各组分沉降到其平衡的密 度区，长时间，高速度
细胞分离－离心设备分类
分类方法 处理量 温度 转速 名称 实验室用离心机，工业用离心机 常温离心机、冷冻离心机 低速离心机、高速离心机、超速离心机
转子结构
管式、碟式
细胞分离－常用离心设备
模型校正
形态校正：颗粒的形状系数 速度校正：空隙率函数
S
F ( )
A AP
提高重力沉降的途径
加入中性盐：双电层排斥电位降低 加入高分子絮凝剂：架桥作用形成大絮凝图 引入外力
细胞分离－重力沉降理论
模型校正
形态校正 速度校正
提高重力沉降的途径
加入中性盐； 加入高分子絮凝剂 引入外力
原核细胞
革兰氏阳性菌 细 胞 壁 由 肽 聚 糖 层 组 成 ， 壁 厚 约 1 5 ～ 5 0 nm， 肽 聚 糖 含 量 为 40~90%，细胞壁较革兰氏阴性菌坚固。 细胞壁在肽聚糖的外侧还有分别由（1）脂蛋白和（2）磷脂和脂多 糖构成的两层外壁层，外壁层厚度越8～10 nm。
革兰氏阴性菌
胞内产物释放
细胞分离－重力沉降理论
理论假设
细胞或细胞碎片按照球形颗粒处理； 颗粒在无限稀释的溶液中进行沉降，颗粒 之间无相互干扰
受力分析
球形颗粒重力fg
液体的浮力fb 颗粒运动方向相反的阻力 fs
细胞分离－重力沉降理论
重力：
1 3 f g d p s g 6
1 3 f b d p L g 6
胞内产物释放
－机械破碎之珠磨
第二章细胞破碎技术PPT课件
碎片分离 （离心分离、双水相萃取、膜分离）
提取 初步纯化 （沉淀、吸附、萃取、超滤、结晶）
精制 高度纯化 （重结晶、离子交换、色谱分离、膜分离）
成品加工 （浓缩、无菌过滤、干燥、成型）
2.1 概述 2.2 细胞壁的成分和结构 2.3 细胞破碎技术 2.4 破碎率的评价及破碎率的选择依据
2.1 概述
一、微生物细胞
细胞外层结构
革兰氏阴性菌（Gram-negative），泛指革兰氏染色反应呈红色的细菌。葡萄 球菌、链球菌。 革兰氏阳性菌（Gram Positive）是能够用革兰氏染色染成深蓝或紫色的细菌。 大肠杆菌。
各种微生物细胞壁的结构及组成
1、细菌的细胞壁
几乎所有细菌的细胞壁都是由坚固的骨架——肽聚 糖组成，是聚糖链借短肽交联而成，使细胞具有 一定的形状和强度。
综上所述：
不同生物体或同一生物体的不同部位，细胞破 碎难易程度不同，因此因采用不同的细胞破 碎方法进行破碎。
如：动物器脏细胞没有细胞壁，细胞膜比较脆 弱，容易破碎；植物和微生物细胞都具有纤 维素、半纤维素或肽聚糖组成的细胞壁，应 采用专门的破碎方法进行破碎。
二、植物细胞
真核细胞具有真正的细胞核，其结构要比 原核生物复杂的多。和原核细胞一样，真 核细胞也具有一层细胞膜。
除了细胞膜，真核细胞具有一些有特殊作 用的细胞器。
植物和大多数真菌具有细胞壁。
动 物 细 胞 模 式 图
植 物 细 胞 模 式 图
对于已停止生长的植物细胞来说，其细胞壁 可分为初生壁和次生壁两部分。初生壁是细 胞生长时期形成的。次生壁是细胞停止生长 后，在初生壁内部形成的结构。
对于胞内产物，则需首先收集菌体，进行细胞破 碎，使代谢产物转入液相中，然后，再进行细胞 碎片的分离。
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2.2 细胞破碎
2、目标产物的定位
胞外
一些微生物在代谢过程中将产物分泌到细胞之 外的液相中（称胞外酶），这些产品主要为医药 和保健产品，如胰岛素、某些细胞因子和疫苗亚 单位成分等。
这些蛋白质在细胞培养时被宿主细胞分泌到 培养液中，提取过程只需直接采用过滤和离心进 行固－液分离，然后将获得的澄清滤液再进一步 纯化即可。其后续分离和纯化都相对简单。
超声波破碎的机理
• 一般认为在超声波作用下液体发生空化作用 （ cavitation),空穴的形成、增大和闭合产 生极大的冲击波和剪切力，使细胞破碎。超声 波的细胞破碎效率与细胞种类、浓度和超声波 的声频、声能有关。
超声波破碎的适用范围
• 超声波破碎是很强烈的破碎方法，适用于多数微 生物的破碎。
• 超声波破碎的有效能量利用率极低，操作过程产 生大量的热，因此操作需在冰水或外部冷却的容 器中进行。由于对冷却的要求相当苛刻，所以不 易放大，主要用于实验室规模的细胞破碎。
4.1.3 渗透压冲击法
• 渗透压冲击是较温和的一种破碎方法，将细胞 放在高渗透压的溶液中（如一定浓度的甘油或 蔗糖溶液），由于渗透压的作用，细胞内水分 便向外渗出，细胞发生收缩，当达到平衡后， 将介质快速稀释，或将细胞转入水或缓冲液中， 由于渗透压的突然变化，胞外的水迅速渗入胞 内，引起细胞快速膨胀而破裂。
• 大概不述同。
• 革兰氏阴性菌比阳性菌复杂，在电子显微镜超薄切 片观察，可见革兰氏阳性菌细胞壁较厚，具有20～ 80nm的肽聚糖层，约占细胞壁成分的40～90％，此 外细胞壁还含有大量磷壁酸(eichoic acid)。
• 而革兰氏阴性菌的肽聚糖层较薄，仅2～3nm，占细 胞壁成分的10％左右，由于肽聚糖之间仅由四肽侧 链直接连接，缺乏五肽桥，故层较疏松，而且肽聚 糖居于细胞壁最内层，紧贴在细胞膜上。
处理
溶胞 作用
珠磨法 压榨 高 压 匀 浆
超 酶溶法 声 破 碎
化学法 物理法
4.1 机械法
高压匀浆破碎法（homogenization） 高速搅拌珠研磨破碎法（fine grinding） 超声波破碎法（ultrasonication）
4.2 非机械法破碎方法
渗透压冲击破碎法（osmotic shock） 冻融破碎法（freezing and thawing） 酶溶破碎法（enzyme lysis） 化学破碎法（chemical treatment） 去垢剂破碎法（detergents）
浆器或多次循环通过等方式，也可连续操作。
为了控制温度的升高，可在进口处用干冰调节 温度，使出口温度调节在20℃左右。在工业规模的 细胞破碎中，对于酵母等难破碎的及浓度高或处于 生长静止期的细胞，常采用多次循环的操作方法。
标准阀
细胞破碎阀
锯齿阀
刀型阀
锥型阀 球型细胞破碎阀
高压匀浆器各种阀型设计
高压匀浆法适用的范围
动物细胞没有细胞壁，仅有细胞膜。通常细胞壁 较坚韧，细胞膜脆弱，易受渗透压冲击而破碎，因 此细胞破碎的阻力主要来自于细胞壁。
基于遗传和环境等因素，不同类生化物质其细胞 壁的结构和组成不完全相同，故细胞壁的机械强度 不同，细胞破碎的难易程度也就不同。此外，不同 的生化物质其稳定性有较大差别，在破碎过程中应 防止变性和被胞内的酶水解，因此，破碎方法的选 择和操作条件的优化是十分必要的。
生物分离工程
swflgc@
第二章 细胞分离与破碎 2.1 细胞分离（简介）
• 2.1.1 重力沉降： Stokes定律 ，式2.6 • 2.1.2 离心沉降： 和重力沉降的联系 • 差速离心分级（图2.1） • 区带离心：差速区带离心和平衡区带离心，
前者最大密度小于待分离的目标产物的密度 • 管式离心机 公式2.23和2.23（a）
与细菌细胞壁一样，破碎酵母细胞壁的阻力 主要决定于壁结构交联的紧密程度和它的厚度。
红面包霉菌(Neurospora crassa)的 细胞壁结构示意图
红面包霉菌细胞壁的结构示意图
• 主要存在三种聚合物，葡聚糖（主要以β1,3 糖 苷 键 连 接 ， 某 些 以 β-1,6 糖 苷 键 连
• 概接蛋述）白，。几最丁外质层（(a以)是微α纤-维和状β态-葡存聚在糖）的以混及糖合
举例：几种由大肠杆菌表达的胞内重组药物
药物名称 胰岛素Biblioteka 宿主 大肠杆菌用途 治疗糖尿病
人生长激素（HGH） 大肠杆菌
α-干扰素
大肠杆菌
治疗侏儒病
治疗毛状细胞 白血病和卡波 济肉瘤
3、细胞结构（微生物、生物化学；细菌、酵母、植物 细胞）
微生物细胞和植物细胞外层均为细胞壁，细胞壁 里面是细胞膜，细胞膜和它所包围的细胞浆合称原 生质体。
高压匀浆器的种类
高压匀浆器的种类较多 WAB公司的AVP Gaulin 31MR型
最大操作压力为24MPa 最大处理量为为100dm3/h
Bran and luebbe 公司SHL40型 最大操作压力为20-63MPa 最大处理量为为2.6-34 m3/h
细胞破碎分率关系式
破碎属于一级反应速度过程，被破碎的细胞分率 符合如下公式： ln[1/(1-R)]=KNPɑ
• 一般来说哪一种细菌容易破壁？
酵母细胞壁的结构示意图
破碎酵母细胞壁的阻力
酵母细胞壁的结构示意图如图15－2所示， 细胞壁的最里层是由葡聚糖的细纤维组成，它 构成了细胞壁的刚性骨架，使细胞具有一定的 形状，覆盖在细纤维上面的是一层糖蛋白，最 外层是甘露聚糖，由1,6一磷酸二酯键共价连 接，形成网状结构。在该层的内部，有甘露聚 糖-酶的复合物，它可以共价连接到网状结构 上，也可以不连接。
• 2.1.3过滤 • 恒压过滤 公式2.33 • 恒速过滤 公式2.36
2.2 细胞破碎
1. 概念
细胞破碎（cell rupture）：技术是指利用外力 破坏细胞膜和细胞壁，使细胞内容物包括目的产物成 分释放出来的技术。
细胞破碎技术是分离纯化细胞内合成的非分泌型生 化物质（产品）的基础。(图1.1）
• 超声波破碎法（Ultrasonication)利用超声波 振荡器发射的15-25kHz的超声波探头处理细胞 悬浮液。
• 超声波振荡器有不同的类型，常用的为电声型， 它是由发生器和换能器组成，发生器能产生高 频电流，换能器的作用是把电磁振荡转换成机 械振动。
• 超声波振荡器以可分为槽式和探头直接插入介 质两种型式，一般破碎效果后者比前者好。
Ｄyno珠磨机
德国Netzsch LM-20型珠磨机
LM-20型珠磨机
• 园盘以两种位置交错地安装在轴上，一种处于 径向，一种和轴倾斜，径向园盘使磨料沿径向 运动，倾斜园盘则产生轴向运动。
• 由于交错的运动，提高了破碎效率。除磨室有 冷却夹套外，搅拌轴和园盘也可以冷却。
4.1.2 超声波破碎
半乳糖醛酸聚糖 、 鼠李半乳糖醛酸聚糖
果胶物质 半乳聚糖和阿拉伯半乳聚糖
蛋白质 结构蛋白 各种酶类
凝集素
• 目前已发展了多种细胞破碎方法，以便适应不同 用途和不同类型的细胞壁破碎。
• 破碎方法可规纳为机械法和非机械法两大类。
4. 细胞破碎方法分类
破碎方式
机械法
非机械法
固体剪切 作用
液体剪切
干燥
作用
• 酶解是利用溶解细胞壁的酶处理菌体细胞，使细胞 壁受到部分或完全破坏后，再利用渗透压冲击等方 法破坏细胞膜，进一步增大胞内产物的通透性。
• 溶菌酶（lysozyme)适用于革兰氏阳性菌细胞的分 解，应用于革兰氏阴性菌时，需辅以EDTA使之更有 效地作用于细胞壁。
• 真核细胞的细胞壁不同于原核细胞，需采用不同的 酶。
Brokman等人已研究了能适应于高压操作的匀浆 阀，试验表明在约175 MPa的压力下，破碎率可达 100％，但是也有试验表明当压力超过一定的值后， 破碎率增长得很慢，在工业生产中，通常采用的压 力为55－70Mpa。
破碎作用方程
• 破碎作用是相对于时间的一级反应速度过程， 符合下列公式：
•
ln[1/(1-R)]=Kt
高压匀浆法适用的范围： 酵母和大多数细菌细胞的破碎。 料液细胞浓度可达到20%左右。 ☆团状和系状菌易造成高压匀浆器的堵塞，不宜
使用高压匀浆法。
高压匀浆法使用时注意事项
高压匀浆器的操作温度上升约２－３℃/10MPa 为了保护目标产物的生物活性，需要对料液作冷
却处理。
多组破碎操作中需要在级间设置冷却装置可有效 防止温度上升，保护产物活性。
4.1.1 高压匀浆器（High pressure homogenizer）
阀座
阀杆 撞击环 阀杆
压力控制手轮
APV Manton Gaulin 高压匀浆器针型阀结构简图
操作原理
细胞浆液通过止逆阀进入泵体内，在高压下迫 使其在排出阀的小孔中高速冲出，并射向撞击环上， 由于突然减压和高速冲击，使细胞受到高的液相剪 切力而破碎。在操作方式上，可以采用单次通过匀
酵母菌的细胞结构
5 细胞核 1 细胞壁 2 细胞膜 3 细胞质 4 液泡
细菌的细胞结构
真核细胞
细胞核 核仁
糙面内质网
光面内质网
线粒体
中心粒
溶酶体
线粒体
颗粒 嵴
核糖体
• 概述
细胞膜的结构
细胞壁的组成和结构（细菌肽聚糖结构示 意图）
几乎所有细菌的细胞壁都是由肽聚糖 （peptidoglycan）组成，它是难溶性的聚糖
式中 R — 破碎率，为N次循环后，蛋白质的 释放量Rn与最大释放量Rm之比； K － 与温度有关的速度常数； N － 悬浮液通过匀浆器的次数； P － 操作压力，MPa； ɑ－ 与微生物种类有关的常数。