机械细胞破碎方法、应用

许多有应用价值的产品如酶 、 蛋白质和高附加值的多不饱和脂肪酸等主要从微生物中获得, 而且大部分的微生物代谢产物是胞内物质, **破碎细胞壁才能释放这些物质用于提取分离,通过转换化学、物理和生物法、破碎细胞释放胞内代谢物。 工业上**常用的手段是机械破碎方法和非机械破碎方法, 机械破碎方法是依靠固体的剪切力(珠机)和液体剪切力(高压均质)等进行大规模的细胞破碎。 非机械方法细胞破碎技术具有反应条件温和、设备简单等优势,因此,在实际应用过程中,经常考虑酶活性水平、细胞破碎率和操作的可实现性等因素来选择适宜的方法。

1机械破碎方法
目前,机械破碎方法应用广泛,主要有以下几种:高压均质法是使细胞悬液高压通过特殊渠道阀喷射 , 压力可以达到 1500bar。这个过程的细胞悬液经历了阀门上的撞击,孔中高速流体剪切和瞬时压力释放三个不同的机械过程,实现细胞破碎。 将细胞壁和膜撕裂 ,靠胞内的渗透压使其内含物全部释放出来是破碎细胞的实质 。

高速球磨法是让细胞悬液和超细研磨剂(无铅玻璃珠)在搅拌桨作用下充分混合,玻璃珠与玻璃珠,玻璃珠与细胞之间互相剪切、碰撞促进细胞壁破裂,释放内含物。
超声波破碎法是使用超过 20 kHz 频率超声波处理细胞悬液,处理过程中,高强度的超声波在液体中产生纵波传播,因而产生交替压缩和膨胀区,压力变化引起空穴现象,在介质中形成微小气泡核。 小气泡核在**热压缩和崩溃时,产生 5000  高温和超过 50000 kPa 压力,使细胞壁损伤。 使用搅拌器的离心作用可以使一些细胞壁弱的细胞破碎

2 机械破碎法的应用      

**雪等用大肠杆菌和葡萄糖- 6 -磷酸脱氢酶活性评价体系为高压破碎, 高速球磨破碎和超声波破碎的三个破碎方法进行比较,得出了三种破碎方法的**优破碎条件。 高压破碎的**佳粉碎压力为 1300bar;珠机破碎**佳条件是用直径 0.1mm 玻璃珠在 5000r/min 的条件下,破碎 6 次;超声波粉碎机的**佳条件是总功率强度的 60%下,破碎 30 次。 酶活性试验结果表明,机械破碎和超声波破碎的获得的提取物活性比高压破碎得到的提取物活性略高。 陈静颖等调查,超声时间、超声功率和超声温度对黑曲霉细胞破壁效应的影响, 表明超声波功率 200 W, 超声时间 50min,超声波温度 60  效果**佳。 高压均质法和超声波法比较,超声波法破壁效果好。 刘树兴等使用超声波进行血液细胞破壁研究,有超声波功率 250 W,超声时间 12 min, 超声波温度 60  效果**佳的结论。 比较超声波法、高压均质化法和磁搅拌法,得出超声波法破碎壁效应**好,高压均质化方法次之,电磁搅拌**差的结论。 可见,不同的粉碎介质和目标产品、超声波细胞破碎仪效果优于其他机械破碎方法 但是每一个破碎方法都有不同的特点 高。 
压均质可以处理少量的液体,操作参数少,容易确定,高速球磨操作参数多,流体损失量高于高压匀质法。 但是,高速球磨法几乎可以打破各种微生物细胞。 超声波细胞粉碎机在实验室中得到了广泛的应用,处理少量的样本,操作简单, 损失更少,但超声波产生的化学自由基团可以使一些敏感的活性物质失活,还有噪声大,大容量设备的声波能量转移,散热困难,使超声波破碎的工业应用潜力有限。   
1.3   机械破碎的缺点   
机械破碎方法都有其缺点 。 因为机械破碎方法使细胞完全破碎,所有的细胞内容物都将被释放,所以目标产品**从混有蛋白质、核酸、细胞壁的碎片和其他产品混合物中分离。 除核酸会增加溶液粘度,这将使随后的分析过程复杂,尤其是色谱分析。机械破碎产生细胞碎片,使溶液很难澄清,影响粉碎设备中液体的循环,使用离心法无法完全去除微小的碎片。 目前认为蛋白质能够承受匀质和高速球磨机产生的高压力, 但如果没有有效的冷却措施,则会由于热量的产生,使蛋白质变性。