第四章-細胞破碎

概述(ɡàishù)不同類型的細胞分泌目標產(chǎn)物的類型：動物細胞多分泌到細胞外培養(yǎng)液植物細胞多為胞內(nèi)產(chǎn)物微生物（細菌/酵母/真菌）胞內(nèi)、胞外

對于(duìyú)胞內(nèi)產(chǎn)物需要收集菌體或細胞進行破碎。第二頁，共六十八頁。1概述(ɡàishù)大多數(shù)情況下，抗生素，胞外酶，一些多糖，及氨基酸等目標產(chǎn)物存在于發(fā)酵液中。有些目標產(chǎn)物存在于生物體中。尤其是由基因工程菌產(chǎn)生的大多數(shù)蛋白質(zhì)是在細胞內(nèi)沉積。脂類物質(zhì)(wùzhì)和一些抗生素包含在生物體中。第三頁，共六十八頁。2概述細胞破碎（cellrupture）技術(shù)是指利用外力破壞細胞膜和細胞壁，使細胞內(nèi)物質(zhì)包括目的產(chǎn)物成分釋放出來的技術(shù)。細胞破碎技術(shù)是分離純化細胞內(nèi)合成的非分泌型生化物質(zhì)（產(chǎn)品）的基礎(chǔ)。為了研究細胞破碎，提高(tígāo)其破碎率，有必要了解各種微生物細胞壁的組成和結(jié)構(gòu)。第四頁，共六十八頁。31細胞壁結(jié)構(gòu)(jiégòu)微生物細胞和植物細胞外層均為細胞壁，細胞壁里面是細胞膜，動物細胞沒有細胞壁，僅有細胞膜。通常細胞壁較堅韌，細胞膜脆弱，易受滲透壓沖擊而破碎，因此細胞破碎的阻力主要來自于細胞壁。不同細胞壁的結(jié)構(gòu)和組成不完全相同，故細胞壁的機械(jīxiè)強度不同，細胞破碎的難易程度也就不同。第五頁，共六十八頁。4細菌(xìjūn)細胞壁結(jié)構(gòu)幾乎所有細菌的細胞壁都是由肽聚糖組成，它是難溶性的聚糖鏈；相鄰聚糖鏈上的短肽又交叉相聯(lián)，構(gòu)成了細胞壁的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，包圍在細胞周圍；使細胞具有(jùyǒu)一定的形狀和強度。第六頁，共六十八頁。5細菌(xìjūn)細胞壁結(jié)構(gòu)破碎細菌的主要阻力是來自于肽聚糖的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其網(wǎng)結(jié)構(gòu)的致密程度和強度取決于聚糖鏈上所存在的肽鍵(tàijiàn)的數(shù)量和其交聯(lián)的程度。革蘭氏陰性菌的細胞壁結(jié)構(gòu)與革蘭氏陽性菌有很大不同。

革蘭氏陰性菌典型的生物是大腸桿菌，通過這種細胞生產(chǎn)了很多細胞重組的產(chǎn)物。藥物名稱宿主用途胰島素大腸桿菌治療糖尿病人生長激素大腸桿菌治療侏儒病α-干擾素大腸桿菌治療毛狀細胞白血病等第七頁，共六十八頁。6

酵母(jiàomǔ)細胞壁的結(jié)構(gòu)示意圖最里層是由葡聚糖的細纖維組成，它構(gòu)成了細胞壁的剛性骨架，使細胞具有一定的形狀，上面的是一層糖蛋白，最外層是甘露聚糖，由1,6-磷酸二酯鍵連接成網(wǎng)狀。在該層的內(nèi)部，有甘露聚糖-酶的復合物。破碎酵母細胞壁的阻力主要決定于壁結(jié)構(gòu)交聯(lián)的緊密(jǐnmì)程度和它的厚度。第八頁，共六十八頁。7真菌(zhēnjūn)的細胞壁真菌的細胞壁較厚，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，少數(shù)(shǎoshù)含纖維素。與酵母和細菌的細胞壁一樣，真菌細胞壁的強度和聚合物的網(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)，所以強度有所提高。第九頁，共六十八頁。8紅面包霉菌細胞壁具有同心圓層狀結(jié)構(gòu)主要存在(cúnzài)三種聚合物最外層(a)是α-和β-葡聚糖的混合物，第2層(b)是糖蛋白的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)第3層(c)主要是蛋白質(zhì)，最內(nèi)層(d)主要是幾丁質(zhì)。紅面包霉菌(méjūn)細胞壁的結(jié)構(gòu)示意圖第十頁，共六十八頁。9微生物革蘭氏陽性細菌革蘭氏陰性細菌酵母菌霉菌壁厚20-80nm10-13nm100-300nm100-250nm層次單層多層多層多層主要組成肽聚糖(40-90%)多糖胞壁酸蛋白質(zhì)脂多糖(1-4%)肽聚糖(5-10%)脂蛋白脂多糖(11-22%)磷脂蛋白質(zhì)葡聚糖(30-40%)甘露聚糖(30%)蛋白質(zhì)(6-8%)脂類(8.5-13.5%)多聚糖(80-90%)脂類蛋白質(zhì)細胞壁的組成(zǔchénɡ)和結(jié)構(gòu)微生物革蘭氏陽性細菌革蘭氏陰性細菌酵母菌真菌壁厚20-80nm10-13nm100-300nm100-250nm層次單層多層多層多層主要組成肽聚糖(40-90%)多糖胞壁酸蛋白質(zhì)脂多糖(1-4%)肽聚糖(5-10%)脂蛋白脂多糖(11-22%)磷脂蛋白質(zhì)葡聚糖(30-40%)甘露聚糖(30%)蛋白質(zhì)(6-8%)脂類(8.5-13.5%)多聚糖(80-90%)脂類蛋白質(zhì)細胞壁的組成(zǔchénɡ)和結(jié)構(gòu)第十一頁，共六十八頁。10植物(zhíwù)細胞壁的結(jié)構(gòu)對于已生長結(jié)束的植物細胞壁可分為初生壁和次生壁兩部分。初生壁是細胞生長期形成的。初生壁一般較?。?～3μm），富有彈性。由多糖和蛋白質(zhì)構(gòu)成，多糖主要成分為纖維素、半纖維素和果膠類物質(zhì)。纖維素是長鏈D-葡聚糖，許多這樣的長鏈形成微纖絲。它是構(gòu)成細胞壁的骨架，細胞壁的機械(jīxiè)強度主要來自于微纖絲。第十二頁，共六十八頁。11植物(zhíwù)次生細胞壁某些植物細胞，當生長停止后，在細胞質(zhì)和初生細胞壁之間形成了次生細胞壁。次生壁一般較厚(4μm以上)，常有三層組成(zǔchénɡ)。在次生壁中，纖維素和半纖維素含量比初生壁增加很多，纖維素的微纖絲排列得更緊密和有規(guī)則，而且存在木質(zhì)素的沉積。因此次生壁的形成提高了細胞壁的堅硬性，使植物細胞具有很高的機械強度。第十三頁，共六十八頁。12細胞破碎(pòsuì)方法方法技術(shù)原理效果成本舉例化學法滲透沖擊滲透壓破壞細胞溫和便宜血紅細胞的破壞酶消化法細胞壁被消化，使細胞破碎溫和昂貴增溶法表面活性劑溶解細胞壁溫和適中膽鹽作用于大腸桿菌脂溶法有機溶劑溶解細胞壁并使之失穩(wěn)適中便宜甲苯破碎酵母細胞堿處理法堿的皂化作用使細胞壁融解劇烈便宜表4.1-1.細胞(xìbāo)化學破碎法第十四頁，共六十八頁。13方法技術(shù)原理效果成本舉例機械法勻漿法（片型）細胞被攪拌器劈碎適中適中動物組織及動物細胞研磨法細胞被研磨物磨碎適中便宜超聲波法用超聲波的空穴作用使細胞破碎適中昂貴細胞懸浮液小規(guī)模處理勻漿法（孔型）須使細胞通過的小孔，使細胞受到剪切力而破碎劇烈適中細胞懸浮液大規(guī)模處理珠磨破碎法細胞被玻璃珠或鐵珠搗碎劇烈便宜細胞懸浮液和植物細胞的大規(guī)模處理表4.0-1.細胞機械(jīxiè)破碎法第十五頁，共六十八頁。14

※2CHEMICALMETHODS

化學(huàxué)方法第十六頁，共六十八頁。15表4.1-1介紹了主要的幾種化學方法，有滲透沖擊法，表面活性劑增溶法、脂溶法。首先(shǒuxiān)簡單的介紹一下酶消化法和堿處理法。第十七頁，共六十八頁。16酶消化法和堿處理法都是細胞破碎的有效方法(fāngfǎ)，但是也都有各自的缺點。第十八頁，共六十八頁。171酶解（酶溶法Enymaticlysis)酶解是利用(lìyòng)溶解細胞壁的酶處理菌體細胞，使細胞壁受到破壞后，再利用(lìyòng)滲透壓沖擊等方法破壞細胞膜。1）外加酶法常用的溶酶溶菌酶、β-1，3-葡聚糖酶、β-1，6-葡聚糖酶、蛋白酶、甘露糖酶、糖苷酶、肽鍵內(nèi)切酶、殼多糖酶等第十九頁，共六十八頁。18外加(wàijiā)酶法有時采用幾種酶的混合物會產(chǎn)生更好的效果，加入時需確定相應的次序。對酵母(jiàomǔ)細胞采用酶法破碎時，先加入蛋白酶作用蛋白質(zhì)-甘露聚糖結(jié)構(gòu)，使二者溶解，再加入葡聚糖酶作用裸露的葡聚糖層，最后只剩下原生質(zhì)體，這時若緩沖液的滲透壓變化，則細胞膜破裂，釋出胞內(nèi)產(chǎn)物。第二十頁，共六十八頁。19外加(wàijiā)酶法酶解法的特點是專一性強，因此在選擇酶系統(tǒng)時，必須根據(jù)細胞的結(jié)構(gòu)和化學組成來選擇。溶菌酶（lysozyme)能專一性地分解細胞壁上肽聚糖分子的β-1,4糖苷鍵，因此主要用于細菌類細胞壁的裂解。革蘭氏陽性菌懸浮液中加入溶菌酶，很快就產(chǎn)生溶壁現(xiàn)象。但對于革蘭氏陰性菌，單獨采用溶菌酶無效果，必須與螯合劑EDTA一起使用。放線菌的細胞壁結(jié)構(gòu)類似于革蘭氏陽性菌，以肽聚糖為主要成分，所以也能采用溶菌酶，酵母和真菌由于(yóuyú)細胞壁的組分主要是纖維素、葡聚糖、幾丁質(zhì)等，常用蝸牛酶、纖維素酶、多糖酶等。植物細胞壁的主要成分是纖維素，常采用纖維素酶和半纖維素酶裂解。第二十一頁，共六十八頁。20酶解法(jiěfǎ)的特點優(yōu)點：發(fā)生酶解的條件溫和(wēnhé)能選擇性地釋放產(chǎn)物胞內(nèi)核酸等泄出量少，細胞外形較完整缺點：溶酶價格高，溶酶法通用性差（不同(bùtónɡ)菌種需選擇不同(bùtónɡ)的酶)產(chǎn)物抑制的存在。

第二十二頁，共六十八頁。21堿處理法和酶消化(xiāohuà)法相反，反應激烈，不具選擇性，而且較便宜。堿加入細胞懸浮液中后和細胞壁進行了多種反應，包括使磷脂皂化。

第二十三頁，共六十八頁。22堿能溶解細胞壁上脂類物質(zhì)或使某些組分從細胞內(nèi)滲漏出來(chūlái)。成本低，反應激烈，不具選擇性。堿處理(chǔlǐ)法第二十四頁，共六十八頁。231）滲透壓沖擊(chōngjī)法滲透壓沖擊是較溫和的一種(yīzhǒnɡ)破碎方法，將細胞放在高滲透壓的溶液中（如一定濃度的甘油或蔗糖溶液），由于滲透壓的作用，細胞內(nèi)水分便向外滲出，細胞發(fā)生收縮，當達到平衡后，將介質(zhì)快速稀釋，或?qū)⒓毎D(zhuǎn)入水或緩沖液中，由于滲透壓的突然變化，胞外的水迅速滲入胞內(nèi)，引起細胞快速膨脹而破裂。僅適用于細胞壁較脆弱的細胞或細胞壁預先用酶處理或在培養(yǎng)過程中加入某些抑制劑（如抗生素等），使細胞壁有缺陷，強度減弱。第二十五頁，共六十八頁。24滲透流的動力來自滲透壓，滲透壓可能很大。可以(kěyǐ)通過化學平衡來估算，水的化學電勢是常數(shù)，即：μH20(outside)=μH20(inside)(4.3-1)第二十六頁，共六十八頁。25細胞外純水的化學電勢包括標準化學電勢和壓力修正項；與之平衡的胞內(nèi)的化學電勢包括三項，即標準化學電勢、壓力修正相和濃度修正項。對于理想(lǐxiǎng)的不可壓縮溶液，這些修正相和式（4.2-1）可改寫為：

μ0H20+VH2oPout=μ0H20+VH2oPin+RTln(1-x1)(4.3-2)第二十七頁，共六十八頁。26μ0H20——標準化學電勢VH2o——水的偏摩爾體積x1——細胞內(nèi)所有溶質(zhì)的總摩爾(móěr)分數(shù)若包內(nèi)物為稀溶液，其偏摩爾體積等于純水的摩爾體積。且x1很小時就有：第二十八頁，共六十八頁。27Pout-Pin=(RT/--VH2o)×ln(1-x1)=(RT/--VH2o)×(-x1-…)=-RTc1+…(4.3-3)該式稱為(chēnɡwéi)范特苛夫定律。第二十九頁，共六十八頁。28由該方程知細胞內(nèi)壓力必須(bìxū)小于細胞外壓力，否者，水會流入細胞內(nèi)，溶破細胞。我們可以采用等式4.2-3估算出滲透壓的大小。許多細胞內(nèi)溶質(zhì)濃度大約為0.1MNaCl或0.2M溶質(zhì)。由此可見滲透壓必須很大，才導致了細胞的破碎。第三十頁，共六十八頁。29通用性差；時間長，效率(xiàolǜ)低，一般胞內(nèi)物質(zhì)釋放率不超過50%.化學(huàxué)滲透法特點：缺點(quēdiǎn)對產(chǎn)物釋放有一定的選擇性，可使一些較小分子量的溶質(zhì)如多肽和小分子的酶蛋白透過，而核酸等大分子量的物質(zhì)仍滯留在胞內(nèi)；細胞外形完整，碎片少，漿液粘度低，易于固液分離和進一步提取。優(yōu)點第三十一頁，共六十八頁。302）、增溶法第二種是利用表面(biǎomiàn)活性劑的增溶法。最典型的是將體積為細胞體積兩倍的某濃度的表面(biǎomiàn)活性劑加入到細胞中。表面(biǎomiàn)活性劑能將細胞壁破碎，制成的懸浮液可用離心分離除去細胞碎片，再用吸附柱或萃取劑分離制得產(chǎn)品。第三十二頁，共六十八頁。31細胞破碎常用的表面(biǎomiàn)活性劑：十二烷基硫酸鈉（SDS，陰離子型）；。非離子型如TritonX-100和吐溫（Tween）等對疏水性物質(zhì)具有很強的親和力，能結(jié)合并溶解磷脂，破壞內(nèi)膜的磷脂雙分子層，使某些胞內(nèi)物質(zhì)釋放出來。無論表面活性劑是陰離子、陽離子還是非離子型，都是兩性的，既能和水作用也能和脂作用，能與細胞壁上的脂蛋白結(jié)合，形成(xíngchéng)微泡，使膜的通透性增加或溶解第三十三頁，共六十八頁。32方法有效在于表面活性劑的化學性質(zhì)，化學性質(zhì)由圖4.3-1所示的化學結(jié)構(gòu)表示(biǎoshì)。結(jié)構(gòu)中有一個親水基團，通常是離子；一個疏水基團，通常是烴基。表面活性劑通常是兩性的，既能和水作用也能和脂作用。第三十四頁，共六十八頁。33第三十五頁，共六十八頁。34無論表面活性劑是陰離子、陽離子還是非離子型，都是兩性的。SDS（十二烷基(wánjī)磺酸鈉）是典型的陰離子表面活性劑。陰離子表面活性劑還包括肥皂（脂肪酸鹽）。第三十六頁，共六十八頁。35由于肥皂的增溶作用依賴于羧基，因此只有(zhǐyǒu)在PH值較高，羧基解離的情況下，肥皂才是有效的表面活性劑。在硬水中，由于Ca2+與羧酸基團形成不可溶的沉淀，而使肥皂失效。第三十七頁，共六十八頁。36可通過將肥皂的羧基用硫酸鹽代替來改變傳統(tǒng)肥皂的缺點。硫酸鹽代替的肥皂是目前洗衣店常用(chánɡyònɡ)及超市中常見的表面活性劑。硫酸鹽可連在苯環(huán)上，結(jié)構(gòu)如圖4.2-1所示。這種硫酸鹽表面活性劑比堿對細胞破碎的作用更好，磺酸鹽不易被微生物降解，所以洗衣店中并不常用(chánɡyònɡ)。第三十八頁，共六十八頁。37陽離子表面活性劑主要(zhǔyào)是烷基胺鹽。圖4.3-1中的十二烷基溴胺是典型的例子。它有一個長烷烴鏈（十六烷基）和三個甲基，都連接在一個帶正電的氮原子上，負離子通常是鹵素，市場上常做洗發(fā)劑出售。細胞破碎時條件較溫和。

第三十九頁，共六十八頁。38非離子表面活性劑是溶于水的聚合物。經(jīng)濟價值不明確，市場(shìchǎng)上用于做洗碗劑。同樣，這種清潔劑既有親水基團又有疏水基團。親水基團不是硫酸鹽，不是烷基胺鹽而是乙醇。第四十頁，共六十八頁。39這類表面活性劑起作用在于能溶解細胞壁中的脂，進行細胞破碎。圖4.3-2表示了該表面活性增溶的原理。在高度稀釋洗滌劑中，脂會溶解在溶液中；超過這個濃度溶解的物質(zhì)的量與濃度成正比。還有，表面活性劑的表面張力是常數(shù)，表面活性的選擇電極可以(kěyǐ)突然改變。第四十一頁，共六十八頁。40能分解細胞壁中的磷脂，使細胞結(jié)構(gòu)破壞，胞內(nèi)物質(zhì)被釋放出來。有機溶劑可采用丁酯、丁醇、丙酮、氯仿(lǜfǎnɡ)和甲苯等3）.有機溶劑第四十二頁，共六十八頁。41二機械(jīxiè)法機械(jīxiè)破碎法又可分為勻漿法（homogenization）珠磨法（beadgrinding）超聲波破碎法（ultrasonication）第四十三頁，共六十八頁。42采用高壓(gāoyā)勻漿器（由高壓(gāoyā)泵和勻漿閥組成）。1.勻漿(yúnjiānɡ)法（High-pressurehomogenization）細胞(xìbāo)懸浮液自高壓室針形閥噴出時，每秒速度高達幾百米，高速噴出的漿液又射到靜止的撞擊環(huán)上，被迫改變方向從出口管流出。細胞(xìbāo)在這一系列高速運動過程中經(jīng)歷了高速剪切、碰撞及壓力驟降，造成細胞(xìbāo)破碎。第四十四頁，共六十八頁。43第四十五頁，共六十八頁。44高壓勻漿(yúnjiānɡ)器的種類高壓(gāoyā)勻漿器的種類較多：WAB公司的AVPGaulin31MR型Branandluebbe公司SHL40型意大利NiroSoavi高壓(gāoyā)勻漿機第四十六頁，共六十八頁。45高壓(gāoyā)勻漿法使用時注意事項高壓勻漿器的操作溫度上升約２-３℃/10MPa為了控制溫度的升高(shēnɡɡāo)，可在進口處用干冰調(diào)節(jié)溫度，使出口溫度調(diào)節(jié)在20℃左右。可以采用單次通過勻漿器或多次循環(huán)通過等方式。在工業(yè)規(guī)模的細胞破碎中，對于酵母等難破碎的及濃度高或處于生長靜止期的細胞，常采用多次循環(huán)的操作方法。第四十七頁，共六十八頁。46高壓勻漿法適用(shìyòng)的范圍—大規(guī)模細胞破碎的常用方法☆高壓勻漿法適用的范圍：酵母和大多數(shù)細菌細胞的破碎；料液細胞濃度可以(kěyǐ)很高，20%左右?！畈灰耸褂酶邏簞驖{法。易造成堵塞的團狀或絲狀真菌，較小的革蘭氏陽性菌，含有包含體的基因工程菌（因包含體堅硬，易損傷勻漿閥）第四十八頁，共六十八頁。47影響高壓勻漿器細胞(xìbāo)破碎因素被破碎的細胞分率符合如下公式：

ln[1/(1-R)]=KNPɑ(4-4)式中R—破碎率，為N次循環(huán)后，蛋白質(zhì)的釋放量Rn與最大釋放量Rm之比；K－與溫度有關(guān)的速度常數(shù)(chángshù)；P－操作壓力，MPa；ɑ－與微生物種類有關(guān)的常數(shù)。第四十九頁，共六十八頁。48升高壓力有利于破碎，減少細胞的循環(huán)次數(shù)，甚至一次通過勻漿閥就可達到幾乎完全的破碎，這樣就可避免細胞碎片不至過小。但p大到一定值時對勻漿器的磨損增加，也有實驗表明p超生一定值時，R增加但很慢。在工業(yè)生產(chǎn)中，通常采用的壓力為55－70Mpa。破碎性能還隨菌體種類和生長環(huán)境的不同而不同大腸桿菌(dàchánɡɡǎnjūn)的細胞比酵母細胞容易破碎，生長在簡單的合成培養(yǎng)基上的大腸桿菌比生長在復雜培養(yǎng)基上容易破碎。影響高壓勻漿器細胞(xìbāo)破碎因素第五十頁，共六十八頁。49高壓勻漿(yúnjiānɡ)法-X-擠壓器改進的高壓方法：將濃縮的菌體懸液冷卻至-25℃至-30℃形成冰晶體，利用500MPa以上的高壓沖擊，冷凍細胞從高壓閥小孔中擠出。細胞破碎是由于冰晶體在受壓時的相變，包埋在冰中的細胞變形所引起的。主要用于實驗室中。優(yōu)點是適用的范圍廣，破碎率高，細胞碎片的粉碎程度低以及活性的保留率高對冷凍一融解敏感(mǐngǎn)的生化物質(zhì)不適用。第五十一頁，共六十八頁。502）珠磨法beadmill珠磨是常用的方法細胞懸浮液與極細的玻璃小珠、石英砂、氧化鋁等研磨劑（直徑小于1mm）一起快速(kuàisù)攪拌或研磨，研磨劑、珠子與細胞之間的互相剪切、碰撞，使細胞破碎，釋放出內(nèi)含物。在工業(yè)規(guī)模的破碎中，常采用高速珠磨機WSK臥式高效全能(quánnéng)珠磨機第五十二頁，共六十八頁。51高速珠磨機工作(gōngzuò)原理磨室內(nèi)放置玻璃小珠，裝在同心軸上的園盤攪拌器高速旋轉(zhuǎn)，使細胞懸浮液和玻離小珠相互攪動；細胞破碎是由剪切力層之間的碰撞(pènɡzhuànɡ)和磨料滾動引起在出口處，旋轉(zhuǎn)園盤和出口平板之間的狹縫很小，可阻擋玻離小珠，使不被料液帶出。由于操作過程中會產(chǎn)生熱量，故磨室還裝有冷卻夾套，以冷卻細胞懸浮液和玻離小珠。第五十三頁，共六十八頁。52NetzschLM-20型珠磨機(mójī)A-具有(jùyǒu)冷卻夾套的圓筒形磨室B-具有冷卻裝置的攪拌軸和圓盤C-環(huán)形震動俠縫分離器D-變速馬達1和2料液進出口3和4攪拌冷卻劑進出口5和6磨室冷卻劑進出口園盤以兩種位置交錯地安裝在軸上，一種處于徑向，一種與軸傾斜，徑向盤使磨料沿徑向運動，傾斜盤則產(chǎn)生(chǎnshēng)軸向運動。由于交錯的運動，提高了破碎效率。第五十四頁，共六十八頁。53珠磨機破碎(pòsuì)作用方程破碎作用是相對于時間(shíjiān)的一級反應速度過程，符合下列公式：

ln[1/(1-R)]=Kt4-5

R—破碎率；K一一級反應速度常數(shù)；t一時間。K與攪拌轉(zhuǎn)速、細胞懸浮液濃度和循環(huán)速度、玻璃小珠裝量和珠體直徑，以及溫度等相關(guān)。珠磨法的破碎率一般控制在80%以下(yǐxià)：降低能耗、減少大分子目的產(chǎn)物的失活、減少由于高破碎率產(chǎn)生的細胞小碎片不易分離而給后續(xù)操作帶來的困難。第五十五頁，共六十八頁。543）超聲波破碎(pòsuì)超聲波破碎(pòsuì)法（Ultrasonication)利用超聲波振蕩器發(fā)射的15-25kHz的超聲波探頭處理細胞懸浮液。超聲波振蕩器以可分為槽式和探頭直接插入介質(zhì)兩種型式，一般破碎效果后者比前者好。超聲波的細胞破碎效率與細胞種類、濃度和超聲波的聲頻、聲能有關(guān)。第五十六頁，共六十八頁。55超聲波破碎(pòsuì)的機理JY92-IID超聲波細胞(xìbāo)粉碎機一般認為在超聲波作用下液體發(fā)生空化作用（cavitation),液體中局部空穴的形成、增大和閉合產(chǎn)生極大的沖擊波和剪切力，引起的粘滯性旋渦在細胞上造成了剪切力，使細胞內(nèi)液體發(fā)生流動，從而使細胞破碎(pòsuì)。操作過程產(chǎn)生大量的熱，因此操作需在冰水或外部冷卻的容器中進行。第五十七頁，共六十八頁。56超聲波破碎(pòsuì)的適用范圍超聲波破碎是很強烈的破碎方法，適用于多數(shù)(duōshù)微生物的破碎。一般桿菌比球菌易破碎，G-細菌比G+細菌易破碎，對酵母菌的效果較差。但超聲波產(chǎn)生的化學自由基團能使某些敏感性活性物質(zhì)失活。超聲波破碎的有效能量利用率極低由于對冷卻的要求相當苛刻，所以不易放大，但在實驗室小規(guī)模細胞破碎中常用。第五十八頁，共六十八頁。57技術(shù)原理效果成本舉例勻漿法(孔型)須使細胞通過的小孔，使細胞受到剪切力而破碎劇烈適中細胞懸浮液大規(guī)模處理珠磨破碎法細胞被玻璃珠或鐵珠搗碎劇烈便宜細胞懸浮液和植物細胞的大規(guī)模處理超聲波法用超聲波的空穴作用使細胞破碎適中昂貴細胞懸浮液小規(guī)模處理研磨法細胞被研磨物磨碎適中便宜勻漿法(片型)細胞被攪拌器劈碎適中適中動物組織及動物細胞不同機械破碎方法(fāngfǎ)的比較第五十九頁，共六十八頁。583其它(qítā)方法自溶作用(zuòyòng)凍結(jié)-融化法干燥法第六十頁，共六十八頁。591）.自溶作用(zuòyòng)

自溶作用是酶解的另一種方法，利用生物體自身產(chǎn)生的酶來溶胞，而不需外加其他的酶。在微生物代謝過程中，大多數(shù)都能產(chǎn)生一種能水解(shuǐjiě)細胞壁上聚合物的酶，以便生長過程繼續(xù)下去。自溶作用：改變其生長環(huán)境（溫度、ｐＨ、緩沖液），可以誘發(fā)產(chǎn)生過剩的這種酶或激發(fā)產(chǎn)生其它的自溶酶，以達到自溶目的。缺點是：易引起所需蛋白質(zhì)的變性，自溶后細胞懸浮液粘度增大，過濾速度下降。第六十一頁，