最新微生物细胞的破碎教学讲义ppt.ppt

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1、微生物细胞的破碎一、细胞壁的组成和结构细胞破碎的主要阻力来自于细胞壁。（一）、细菌的细胞壁几乎所有细菌的细胞壁都是由坚固骨架肽聚糖组成。G+细胞壁结构与G-有很大不同。破碎细菌的主要阻力是来自于肽聚糖的网状结构，其网结构的致密程度和强度取决于肽聚糖上所存在的肽键的数量和其交联的程度，如果交联程度大，则网结构就致密。红面包霉菌的细胞壁具有同心圆层状结构，主要存在三种聚合物，葡聚糖，几丁质以及糖蛋白。（四）、细胞壁的结构和细胞破碎破碎时必须克服的主要阻力是网状结构的共价键。细胞的大小和形状以及聚合物的交联程度都是影响破碎难易程度的重要因素。壁结构不仅取决于遗传信息也取决于生长环境，真

2、菌的壁结构还随发酵罐中混合的机械作用而变化。虽然通过改变遗传密码或环境因素能够改变细胞壁的结构，但目前没有足够资料表明该法能提高对机械破碎的敏感性，也没有足够的资料能用来顶测各种微生物对机械破碎的相对阻力。在用酶法或化学法来溶解细胞壁时，细胞壁的结构和组成显得特别重要，可用来作为选择溶菌酶和化学方法的依据。二、微生物细胞的破碎技术（一）、机械方法优点：处理量大，破碎速度较快。细胞受到由高压产生的高剪切力，与玻璃珠一起的高速搅拌或超声波。机械法的缺点:①、需高能量，产生高温和高剪切力，易使产品变性失活;需冷却却措施。②、就被破碎的有机体或释放的产物而论，它们是非专一的。③、产生碎片

3、微粒尺寸的大范围细分布，大量细颗粒给分离带来了困难。A珠磨机(Beadmill)研磨：将细胞悬液与玻璃珠、石英砂或氧化铝一起快速搅拌或研磨，使细胞破碎。实验室设备：Mickle高速组织捣碎机和Braun匀浆器，利用玻璃小珠撞击微生物细胞而破碎。主要缺点：温度迅速升高，需冷却。另外，较大量的细胞可用胶质磨来处理。工业规模：高速珠磨机。圆盘高速旋转，使细胞悬液和玻璃珠相互搅动，细胞破碎是由剪切力层之间的碰撞和磨料的滚动而引起。瑞士：DynoMill。磨室具夹套，可冷却。在料液的出口处有一旋转的圆盘和出口平板(出口位于平板的中部)很靠近，可防止珠体随料液带出。典型的珠磨机的构造：除磨室

4、以夹套冷却外，搅拌轴和圆盘也可以冷却，圆盘交错地装在轴上，一种处于径向，另一种和轴倾斜，径向圆盘使磨料沿径向运动，而倾斜圆盘使产生铀内运动。这种交错的运动，提高了破碎效率。西德生产的容量为20L的LM—20型珠磨机。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：破碎作用动力学影响速度常数K的因素：珠体直径，细胞浓度和负荷，料液流速，搅拌器转速和构型，温度等。不仅影响破碎程度，也影响所需能量。珠体的大小应根据细胞大小、浓度以及在连续流动的操作过程中不使珠体带出来选择，珠体在磨室中的装量影响破碎程度和所需能量。增加搅拌速度能提高破碎效率，但过高会使破碎率降低，能耗增大。操作温

5、度在5—40℃范围内对破碎物影响较小，但操作过程中，磨室温度很容易升高，较小设备可采用冷却夹套，但大型设备中热量的除去是必需考虑的一个问题。B高压均质器大规模破碎细胞常用，利用高压迫使细胞悬浮液通过针形阀，由于突然减压和高速冲击撞击环造成细胞破碎。对酵母菌等难破碎的及浓度高或处于静止期的细胞，常采用多次循环。其破碎属于一级反应速度过程，被破碎的细胞分率符合下式公式：多次循环影响破碎的主要因素：压力、温度和通过匀浆器阀的次数。压力：升高压力有利于破碎，Brokman研究了能适应于高压操作的匀浆器，试验表明在约175MPa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

6、值后，破碎率增长得很慢。工业上常采用55—70MPa。破碎性能随菌体种类和生长环境的不同而不同。Gray报导生长在简单的合成培养基上的大肠杆菌比生长在复合培养基上易破碎。高压匀浆器中阀门的设计也影响破碎，阀座呈刀口状比平面阀座破碎效率高。C.X-Press法原理：将浓缩的菌体悬浮液冷却至－25℃至－30℃形成冰晶体，利用500MPa以上的高压冲击，冷冻细胞从高压阀小孔中挤出。细胞破碎是由于冰晶体的磨损，包埋在冰中的微生物的变形所引起的。此法称为X—Press法或Hughespress法，主要用于实验室中。影响因素：高浓度的细胞、低温、高的平均压力能促进破碎。优缺点：适用范围广，破

7、碎率高，细胞碎片的粉碎程度低、活性保留率高，但是，该法对冷冻—融解敏感的生化物质不适用。频率超过15-20kHz的超声波可使悬浮液中微生物细胞失活，在较高的输人功率下，可破碎微生物细胞。实验表明，在声能高达200声瓦的20kHz声频下，经超声波处理的酿酒酵母的蛋白质释放量在细胞浓度达到600kg(湿重)/m3之前，与细胞浓度无关，而几乎与输入声能成正比。D.超声波法原理：破碎原理是超声波的空穴作用。在相当高的输入声能下，液体各个成核部位会形成许多小气泡。在声波膨胀相中，这些气泡会