1、B I o s e p a r a t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎本章節(jié)重點(diǎn)本章節(jié)重點(diǎn)：n離心沉降公式的推導(dǎo)(tudo)及應(yīng)用；n離心設(shè)備的分類及工作原理；n細(xì)胞破碎一般方法及原理。第一頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎n通過微生物發(fā)酵或動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)得到的原料液，應(yīng)首先將通過微生物發(fā)酵或動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)得到的原料液，應(yīng)首先將其中的菌體或細(xì)胞與培養(yǎng)液分離。其中的菌體或細(xì)胞與培養(yǎng)液分離。n如果目標(biāo)產(chǎn)物為胞外物，可直接利用培養(yǎng)液進(jìn)行以后的分離純化操如果目標(biāo)產(chǎn)物為胞外

2、物，可直接利用培養(yǎng)液進(jìn)行以后的分離純化操作；如果目標(biāo)產(chǎn)物為胞內(nèi)物，則要對(duì)菌體或細(xì)胞進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，作；如果目?biāo)產(chǎn)物為胞內(nèi)物，則要對(duì)菌體或細(xì)胞進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，釋放目?biāo)產(chǎn)物，然后除去細(xì)胞或其碎片，再進(jìn)行目標(biāo)產(chǎn)物的分離純釋放目標(biāo)產(chǎn)物，然后除去細(xì)胞或其碎片，再進(jìn)行目標(biāo)產(chǎn)物的分離純化?；?。n本章介紹細(xì)胞分離、目標(biāo)產(chǎn)物釋放以及蛋白質(zhì)復(fù)性的主要方法本章介紹細(xì)胞分離、目標(biāo)產(chǎn)物釋放以及蛋白質(zhì)復(fù)性的主要方法(fngf)和原理。和原理。概述概述(i sh)第二頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎1.1重力沉降重力沉降n重力沉降

3、在化工操作過程中常用重力沉降在化工操作過程中常用(chn yn)的氣的氣-固、固、液液-固和液固和液-液分離手段，在生物分離過程中亦有液分離手段，在生物分離過程中亦有較多的應(yīng)用較多的應(yīng)用1 1 細(xì)細(xì)胞分離胞分離(fnl)(fnl)第三頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎n以液固沉降為例，重力沉降過程中固體顆粒以液固沉降為例，重力沉降過程中固體顆粒(kl)受到受到重力、浮力和阻力的作用。重力、浮力和阻力的作用。 3PS16gFdg3bPL16Fdg2222L gPL gPS248vdvdF阻力阻力(zl)浮

4、力浮力(fl)重力重力第四頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎n1.滯留區(qū)：stokes方程(fngchng) 10-4Re1 沉降速度n2.過渡區(qū)：Allen公式 1Re103 沉降速度n3湍流區(qū)：Newton公式 103Re2105 沉降速度2PSLL()18gdgv0.6 0.5PSLL()0.27gdgvRe0.5PSLL()1.74gdgv第五頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎n一般而言單體細(xì)胞直徑小、沉

5、降速度很低，滿足一般而言單體細(xì)胞直徑小、沉降速度很低，滿足10-4Re1，可使用，可使用 公式計(jì)算公式計(jì)算n當(dāng)顆粒濃度較大時(shí)，顆粒之間相互碰撞相干擾，影響沉降當(dāng)顆粒濃度較大時(shí)，顆粒之間相互碰撞相干擾，影響沉降速度。此時(shí)速度。此時(shí)(c sh)，顆粒的沉降速度比單一顆粒小，需用空，顆粒的沉降速度比單一顆粒小，需用空隙率函數(shù)隙率函數(shù)f (): 校正校正n 為懸浮液的空隙率為懸浮液的空隙率4.65( )f1( )ggvvf2PSLL()18gdgv第六頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎n 菌體和動(dòng)植物細(xì)胞的重力

6、沉降雖然簡(jiǎn)便易菌體和動(dòng)植物細(xì)胞的重力沉降雖然簡(jiǎn)便易行，但菌體細(xì)胞體積很小，沉降速度很慢。行，但菌體細(xì)胞體積很小，沉降速度很慢。n因此，實(shí)用上需使菌體細(xì)胞凝聚成較大顆粒因此，實(shí)用上需使菌體細(xì)胞凝聚成較大顆粒后進(jìn)行沉降操作，提高沉降速度。在中性鹽后進(jìn)行沉降操作，提高沉降速度。在中性鹽的作用下，可使菌體表面雙電層排斥電位降的作用下，可使菌體表面雙電層排斥電位降低低(jingd)，有利于菌體之間產(chǎn)生凝聚，有利于菌體之間產(chǎn)生凝聚。第七頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎n另外，向含菌體的料液中加入另外，向含菌體的料

7、液中加入聚丙聚丙烯酰胺烯酰胺或或聚乙烯亞胺聚乙烯亞胺等高分子絮凝等高分子絮凝劑，可使菌體之間產(chǎn)生架橋作用而劑，可使菌體之間產(chǎn)生架橋作用而形成較大的凝聚顆粒。形成較大的凝聚顆粒。n凝聚或絮凝不僅有利于重力沉降，凝聚或絮凝不僅有利于重力沉降，而且而且(r qi)還可以在過濾分離中大大提還可以在過濾分離中大大提高過濾速度和質(zhì)量。當(dāng)培養(yǎng)液中含高過濾速度和質(zhì)量。當(dāng)培養(yǎng)液中含有蛋白質(zhì)時(shí)可使部分蛋白質(zhì)凝聚有蛋白質(zhì)時(shí)可使部分蛋白質(zhì)凝聚而同時(shí)過濾除去。而同時(shí)過濾除去。第八頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎1.2 離心離心

8、(lxn)沉降沉降n 離心沉降是科學(xué)研究與生產(chǎn)實(shí)踐中最廣泛使離心沉降是科學(xué)研究與生產(chǎn)實(shí)踐中最廣泛使用的非均相分離手段，不僅適用于菌體和細(xì)用的非均相分離手段，不僅適用于菌體和細(xì)胞的回收或除去，而且可用于血球、胞內(nèi)細(xì)胞的回收或除去，而且可用于血球、胞內(nèi)細(xì)胞器、病毒以及蛋白質(zhì)的分離也廣泛應(yīng)用胞器、病毒以及蛋白質(zhì)的分離也廣泛應(yīng)用于液于液-液相分離。液相分離。第九頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎1.2.1 離心沉降速度離心沉降速度n單位質(zhì)量的物質(zhì)(wzh)所受到的離心力為： 其中N為轉(zhuǎn)速，r為離心機(jī)半徑n離心設(shè)

9、備的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)是：所能離心設(shè)備的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)是：所能達(dá)到的達(dá)到的離心力離心力與與重力重力的比值，稱為分離因的比值，稱為分離因數(shù)。分離因數(shù)是衡量離心程度的參數(shù)數(shù)。分離因數(shù)是衡量離心程度的參數(shù)r用用z表示：表示：第十頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎n注意：科技文獻(xiàn)中?？萍嘉墨I(xiàn)中常(zhngchng)將離心操作的條件將離心操作的條件用多少用多少g(如如5000g、8000g等等)表示就是將離心力表示就是將離心力用用Zg形式表達(dá)的。將形式表達(dá)的。將 stokes公式中的公式中的g用用Zg代替，代替，

10、得到離心沉降速度得到離心沉降速度vs公式：公式： 或者：或者：222PSLL2()N9sdrv第十一頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎n需要注意的一個(gè)公式： 室溫(sh wn)下（20）某物質(zhì)在水中的沉降系數(shù)：一些蛋白質(zhì)的沉降系數(shù)表0W,20W,201SSkc第十二頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎1.2.2 離心分離法離心分離法（1）差速離心分級(jí)）差速離心分級(jí)n差速離心差速離心(Differential cen

11、trifugation)是生物化工最是生物化工最常用的離心分離方法。常用的離心分離方法。n以菌體細(xì)胞的收集或除去為目的的固液以菌體細(xì)胞的收集或除去為目的的固液離心分離是分級(jí)離心操作的一種特殊離心分離是分級(jí)離心操作的一種特殊(tsh)情況，即為一級(jí)分組分離。情況，即為一級(jí)分組分離。第十三頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎一些菌體細(xì)胞的大小一些菌體細(xì)胞的大小(dxio)和離心操作條件和離心操作條件第十四頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t I o n E n g I n e e r I n

12、 g-細(xì)胞分離與破碎第十五頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎(2)區(qū)帶離心區(qū)帶離心n區(qū)帶離心是生化工程中的重要分離手段，根據(jù)區(qū)帶離心是生化工程中的重要分離手段，根據(jù)(gnj)離心操作條離心操作條件不同，又分件不同，又分差速區(qū)帶離心差速區(qū)帶離心和和平衡區(qū)帶離心平衡區(qū)帶離心。n兩種區(qū)帶離心法均事先在離心管中用某種低分子溶質(zhì)兩種區(qū)帶離心法均事先在離心管中用某種低分子溶質(zhì)(如如蔗糖溶液）調(diào)配好密度梯廢，在密度梯度之上加待處理的蔗糖溶液）調(diào)配好密度梯廢，在密度梯度之上加待處理的料液進(jìn)行離心操作。料液進(jìn)行離心操作。

13、n兩者的區(qū)別在于溶質(zhì)的密度梯度中的與待分離物質(zhì)的密兩者的區(qū)別在于溶質(zhì)的密度梯度中的與待分離物質(zhì)的密度梯度不一樣。度梯度不一樣。第十六頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎n區(qū)帶離心法可用于蛋白質(zhì)、核酸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。n20世紀(jì)60年代(nindi)人們開發(fā)了區(qū)帶轉(zhuǎn)子，利用其代替離心管，可增加處理能力。第十七頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎1.2.3.離心分離設(shè)備離心分離設(shè)備

14、(shbi)n實(shí)驗(yàn)室一般用轉(zhuǎn)子離心機(jī)。n按速度分為低速離心機(jī)、高速離心機(jī)、超離心機(jī)。第十八頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎 n工業(yè)離心分離設(shè)備中，較為常用的有管式和碟片式兩大類.n管式離心機(jī)工作原理：在離心力作用下管內(nèi)液面旋轉(zhuǎn)軸為中心圓筒，將輕相（清液）和重相分離開來。缺點(diǎn)是沉降缺點(diǎn)是沉降(chnjing)(chnjing)面積小處理能力較低面積小處理能力較低。第十九頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎 一般管式

15、離心機(jī)的工作一般管式離心機(jī)的工作(gngzu)參數(shù)：參數(shù)：第二十頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎n碟片式離心機(jī)又稱板式(bnsh)離心機(jī)，離心轉(zhuǎn)子中有許多等間隔的碟型分離板，以增大沉降面積和提高處理能力。n操作過程，料液從中心進(jìn)料口輸入，通過轉(zhuǎn)子底部的液孔進(jìn)入分離板外徑處，進(jìn)入分離板的間隙。通過分離板的間隙向轉(zhuǎn)子中心移動(dòng)過程中，重相受離心力作用而沉降，輕相從轉(zhuǎn)子上部出口排出。連續(xù)操作時(shí)，重相從噴嘴連續(xù)噴出。n碟片式離心機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，離心轉(zhuǎn)數(shù)一般較管式離心機(jī)低。第二十一頁，共四十五頁。B I o s e

16、p a r a t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎碟片式離心機(jī)工作碟片式離心機(jī)工作(gngzu)示示意圖意圖第二十二頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎第二十三頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎n碟式離心機(jī)是立式離心機(jī)的一種，轉(zhuǎn)鼓裝在立軸上端，通過傳動(dòng)裝置由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)而高速旋轉(zhuǎn)。n轉(zhuǎn)鼓內(nèi)有一組互相套疊在一起的碟形零件-碟片。碟片與碟片之間留有很小的間隙。懸浮液（或乳濁液）由位

17、于轉(zhuǎn)鼓中心的進(jìn)料管加入轉(zhuǎn)鼓。當(dāng)懸浮液（或乳濁液）流過碟片之間的間隙時(shí)，固體顆粒（或液滴）在離心機(jī)作用下沉降到碟片上形成沉渣（或液層）。n沉渣沿碟片表面滑動(dòng)而脫離碟片并積聚在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)直徑最大的部位，分離后的液體從出液口排出轉(zhuǎn)鼓。碟片的作用是縮短固體顆粒（或液滴）的沉降距離、擴(kuò)大轉(zhuǎn)鼓的沉降面積(min j)，轉(zhuǎn)鼓中由于安裝了碟片而大大提高了分離機(jī)的生產(chǎn)能力。n積聚在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的固體在分離機(jī)停機(jī)后拆開轉(zhuǎn)鼓由人工清除，或通過排渣機(jī)構(gòu)在不停機(jī)的情況下從轉(zhuǎn)鼓中排出。第二十四頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎n主要特點(diǎn) 1

18、）分離能力強(qiáng)，分離因數(shù)在5000-9500之間； 2）生產(chǎn)能力大，最高達(dá)10米3/小時(shí)； 3）機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，根據(jù)需要可以自動(dòng)或手動(dòng)操作， 也可以實(shí)現(xiàn)(shxin)遠(yuǎn)距離自動(dòng)操作； 4）維修方便n主要用途 主要適用于固形物在1-15%之間，固相顆粒直徑大于0.5微米的液-液-固分離。 例如油類：植物油、動(dòng)物油、魚油、乳油、原油、各種原料油、生物柴油、煤焦油、潤(rùn)滑油的分離、澄清：乳品的澄清；第二十五頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎n利用薄片形多孔性介質(zhì)(如濾布)截留固液懸浮液中的固體粒子(lz)，進(jìn)行固液分離

19、的方法n過濾是一種膜分離法1.3 過濾過濾(gul)第二十六頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎n濾液的透過阻力主要來自于：過濾介質(zhì)和介質(zhì)表面堆積的濾餅n濾餅阻力是影響過濾速度的主要因素n提高過濾速度方法： 1）對(duì)濾液進(jìn)行絮凝或凝聚預(yù)處理，改變(gibin)料液性質(zhì) 2）在料液中加入助濾劑（如硅藻土）第二十七頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎2 2 細(xì)胞細(xì)胞(xbo)(xbo)破碎破碎概述：概述：n許多許多(xdu

20、)生物產(chǎn)物在細(xì)胞培養(yǎng)過程中不能分泌到胞外的生物產(chǎn)物在細(xì)胞培養(yǎng)過程中不能分泌到胞外的培養(yǎng)液中，而保留在細(xì)胞內(nèi)。培養(yǎng)液中，而保留在細(xì)胞內(nèi)。n這類生物產(chǎn)物需用上節(jié)所述方法收集菌體或細(xì)胞這類生物產(chǎn)物需用上節(jié)所述方法收集菌體或細(xì)胞后，進(jìn)行細(xì)胞破碎后，進(jìn)行細(xì)胞破碎(cell disruption)，使目標(biāo)產(chǎn)物選使目標(biāo)產(chǎn)物選擇性地釋放到液相中。擇性地釋放到液相中。n破碎的細(xì)胞或其碎片利用上節(jié)所述的固液分離方法破碎的細(xì)胞或其碎片利用上節(jié)所述的固液分離方法(主要是離心法主要是離心法)除去后，上清液用于進(jìn)一步的分離純化。除去后，上清液用于進(jìn)一步的分離純化。第二十八頁，共四十五頁。B I o s e p a r a

21、 t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎1）細(xì)胞壁n動(dòng)物、植物和微生物細(xì)胞(xbo)結(jié)構(gòu)差異n革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌之間差異n細(xì)菌與真菌間差異2.1 細(xì)胞細(xì)胞(xbo)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)第二十九頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)(jigu)2）細(xì)胞膜第三十頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎n磷脂分子由疏水和親水基團(tuán)組成磷脂分子由疏水和親水基團(tuán)組成(z chn)(z

22、 chn)。疏。疏水基團(tuán)尾部有兩烷基基團(tuán)，親水基團(tuán)頭部水基團(tuán)尾部有兩烷基基團(tuán)，親水基團(tuán)頭部有兩性基團(tuán)，或者說是醇基，在內(nèi)膜層中，有兩性基團(tuán)，或者說是醇基，在內(nèi)膜層中，磷脂的尾部聚集在一起，頭部暴露在水中，磷脂的尾部聚集在一起，頭部暴露在水中，形成形成磷脂雙分子層磷脂雙分子層。第三十一頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎n原核細(xì)胞：原核細(xì)胞：細(xì)胞質(zhì)、核糖體細(xì)胞質(zhì)、核糖體n真核細(xì)胞：真核細(xì)胞：細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞器細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞器3）細(xì)胞質(zhì)第三十二頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t

23、I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎n生物產(chǎn)物存在地：細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞器n破碎目的 ：破壞或破碎細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，釋放(shfng)其中目標(biāo)產(chǎn)物2.2 細(xì)胞破碎和產(chǎn)物釋放細(xì)胞破碎和產(chǎn)物釋放(shfng)原理原理第三十三頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎機(jī)理n機(jī)械破碎(p su)法：壓縮力和剪切力破壞細(xì)胞壁和細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)n化學(xué)破碎法： 1)改變細(xì)胞壁或膜結(jié)構(gòu)，增大胞內(nèi)物質(zhì)溶解速率 2)完全溶解細(xì)胞壁，形成原生質(zhì)體，在滲透壓作用下使細(xì) 胞膜破裂而釋放胞內(nèi)物質(zhì)第三十四

24、頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎2.3 細(xì)胞破碎細(xì)胞破碎(p su)技術(shù)技術(shù)2.3.1 2.3.1 機(jī)械機(jī)械(jxi)(jxi)破碎破碎（1 1）高壓勻漿）高壓勻漿(yn jin)(yn jin)（高壓剪切破碎高壓剪切破碎）n影響因素：壓力、循環(huán)操作次數(shù)和溫度影響因素：壓力、循環(huán)操作次數(shù)和溫度n適用于酵母和大多數(shù)細(xì)菌細(xì)胞適用于酵母和大多數(shù)細(xì)菌細(xì)胞n團(tuán)狀和系狀菌易造成高壓勻漿器堵塞團(tuán)狀和系狀菌易造成高壓勻漿器堵塞n需要安裝冷卻裝置需要安裝冷卻裝置第三十五頁，共四十五頁。B I o s e p a r a

25、 t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎（2 2）珠磨）珠磨n填充物為玻璃和氧化鋯（粒徑填充物為玻璃和氧化鋯（粒徑0.11.0mm）n破碎破碎(p su)效率歲攪拌速度和懸浮液停留時(shí)間增大而增大效率歲攪拌速度和懸浮液停留時(shí)間增大而增大n微珠粒徑于目標(biāo)細(xì)胞的直徑比為微珠粒徑于目標(biāo)細(xì)胞的直徑比為30100n適用于大多數(shù)微生物細(xì)胞，優(yōu)化設(shè)計(jì)過程復(fù)雜適用于大多數(shù)微生物細(xì)胞，優(yōu)化設(shè)計(jì)過程復(fù)雜WSK臥式高效全能(qunnng)珠磨機(jī)ZM系列系列(xli)臥式密閉珠臥式密閉珠(砂砂)磨機(jī)磨機(jī)第三十六頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t I o n E n

26、 g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎（3 3）噴霧撞擊）噴霧撞擊(zhungj)(zhungj)破碎破碎n細(xì)胞破碎僅發(fā)生在與撞擊板撞擊一瞬間，細(xì)胞破碎程度均勻，細(xì)胞破碎僅發(fā)生在與撞擊板撞擊一瞬間，細(xì)胞破碎程度均勻，n破碎程度可以通過無極調(diào)節(jié)載氣壓力控制，避免破碎程度可以通過無極調(diào)節(jié)載氣壓力控制，避免(bmin)細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞n適用于大多數(shù)微生物細(xì)胞和植物細(xì)胞適用于大多數(shù)微生物細(xì)胞和植物細(xì)胞第三十七頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎（4 4）超聲波破碎）超聲波破碎(p s

27、u)(p su)n超聲波作用下液體發(fā)生空化作用超聲波作用下液體發(fā)生空化作用n破碎程度于細(xì)胞種類、濃度、超聲波聲頻、聲能有關(guān)破碎程度于細(xì)胞種類、濃度、超聲波聲頻、聲能有關(guān)n強(qiáng)烈的破碎作用，適用于大多數(shù)微生物細(xì)胞強(qiáng)烈的破碎作用，適用于大多數(shù)微生物細(xì)胞n能量能量(nngling)利用率低，過程產(chǎn)生大量熱利用率低，過程產(chǎn)生大量熱聲波的傳遞依照正弦曲線縱向傳播，即一層強(qiáng)一層弱，依次傳遞，當(dāng)弱的聲波信號(hào)作用于液體中時(shí)，會(huì)對(duì)液體產(chǎn)生一定的負(fù)壓，即液體體積增加，液體中分子空隙加大，形成許許多多微小的氣泡，而當(dāng)強(qiáng)的聲波信號(hào)作用于液體時(shí)，則會(huì)對(duì)液體產(chǎn)生一定的正壓，即液體體積被壓縮減小，液體中形成的微小氣泡被壓碎。

28、經(jīng)研究證明：超聲波作用于液體中時(shí)，液體中每個(gè)氣泡的破裂會(huì)產(chǎn)生能量(nngling)極大的沖擊波，相當(dāng)于瞬間產(chǎn)生幾百度的高溫和高達(dá)上千個(gè)大氣壓，這種現(xiàn)象被稱之為-”空化作用”， 第三十八頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎方方法法技術(shù)技術(shù)原理原理效果效果成本成本舉例舉例機(jī)械法機(jī)械法高壓勻高壓勻漿漿細(xì)胞被攪拌器劈碎細(xì)胞被攪拌器劈碎適中適中適中適中酵母和大多酵母和大多數(shù)細(xì)菌數(shù)細(xì)菌珠磨破珠磨破碎碎細(xì)胞被玻璃珠或鐵珠細(xì)胞被玻璃珠或鐵珠搗碎搗碎劇烈劇烈便宜便宜細(xì)胞懸浮液細(xì)胞懸浮液和植物細(xì)胞和植物細(xì)胞的大規(guī)模處的大規(guī)模

29、處理理噴霧撞噴霧撞擊擊細(xì)胞高速凍結(jié)，撞擊細(xì)胞高速凍結(jié)，撞擊撞擊板，發(fā)生破碎撞擊板，發(fā)生破碎劇烈劇烈適中適中細(xì)胞懸浮液細(xì)胞懸浮液大規(guī)模處理大規(guī)模處理超聲波超聲波用超聲波的空穴作用用超聲波的空穴作用使細(xì)胞破碎使細(xì)胞破碎適中適中昂貴昂貴細(xì)胞懸浮液細(xì)胞懸浮液小規(guī)模處理小規(guī)模處理第三十九頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎方法方法技術(shù)技術(shù)原理原理效果效果成本成本舉例舉例化學(xué)法化學(xué)法酸堿處理酸堿處理調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)pH改變賀電性質(zhì)，改變賀電性質(zhì)，使蛋白質(zhì)間作用力降使蛋白質(zhì)間作用力降低低劇烈劇烈便宜便宜化學(xué)試劑處化學(xué)試劑處理理

30、表面活性劑、螯合劑、表面活性劑、螯合劑、鹽、有機(jī)溶劑處理，鹽、有機(jī)溶劑處理，增大細(xì)胞壁通透性；增大細(xì)胞壁通透性；變性劑破壞氫鍵作用變性劑破壞氫鍵作用劇烈劇烈適中適中脲、鹽酸胍脲、鹽酸胍用于細(xì)菌細(xì)用于細(xì)菌細(xì)胞胞酶溶酶溶細(xì)胞壁被消化，使細(xì)細(xì)胞壁被消化，使細(xì)胞破碎胞破碎溫和溫和昂貴昂貴甘露糖酶處甘露糖酶處理酵母細(xì)胞理酵母細(xì)胞2.3.2 2.3.2 化學(xué)和生物化學(xué)化學(xué)和生物化學(xué)(shn w hu xu)(shn w hu xu)滲透滲透第四十頁，共四十五頁。B I o s e p a r a t I o n E n g I n e e r I n g-細(xì)胞分離與破碎n堿處理法和酶消化法相反，反應(yīng)激烈，不具選擇性，堿處理法和酶消化法相反，反應(yīng)激烈，不具選擇性，而且較便宜。堿加入細(xì)胞懸浮液中后和細(xì)胞壁進(jìn)行了而且較便宜。堿加入細(xì)胞懸浮液中后和細(xì)胞壁進(jìn)行了多種反應(yīng)，包括使磷脂皂化。該操作是細(xì)胞增溶的很多種反應(yīng)，包括使磷脂皂化。該操作是細(xì)胞增溶的很好的例子，因?yàn)樗辜?xì)胞壁的成分溶于表面好的例子，因?yàn)樗辜?xì)胞壁的成分溶于表面(biomin)活性劑，也使蛋白質(zhì)變性。該法不僅破壞了細(xì)胞壁也活性劑，也使蛋白質(zhì)變性。該法不僅破壞