微生物细胞的破碎

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1、15微生物细胞的破碎胞内产物，要首先进行细胞破碎，使代谢产物转入液相中，然后，再进行细胞碎片的分离。15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。（二）、酵母菌的细胞壁主要成分：葡聚糖与甘露聚糖以及蛋白质等，比革兰氏阳性菌稍厚，面包酵母的细胞壁厚度约

2、为70nm，而且其厚度随菌龄增加而增加。有可能仅有一部分厚度对酵母细胞壁的刚性和强度起重要作用。结构：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，中间是一层糖蛋白，再外面是网状结构的甘露聚糖。破碎阻力主要决定于壁结构交联的紧密度和壁厚度。大多数真菌的细胞壁主要由多糖组成，其次还含有较少量的蛋白质和脂类。不同的真菌，细胞壁的组成有很大的不同，其中大多数真菌的多糖壁是由几丁质和葡聚糖构成。真菌细胞壁的强度和聚合物的网状结构有关，不仅如此，它还含有几丁质或纤维素的纤维状结构，所以强度有所提高

3、。（三）、其他真菌的细胞壁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

4、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：M

5、ickle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

6、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。操作温度在5—40℃范围内对破碎物影响较小，但操

7、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

8、表明当压力超过一定的值后，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