珠磨破碎法

四、细胞破碎某些蛋白质在细胞培养时被宿主细胞分泌到培养液中，提取过程只需直接采用过滤和离心进行固液分离，然后将获得的澄清滤液再进一步纯化即可，其后续分离和纯化都相对简单。

但由于一些重组DNA(rDNA)产品结构复杂，必须在细胞内组装来获得生物活性，如果在培养时被宿主细胞分泌到培养液中，其生物活性往往有所改变，此类生物产品是细胞内产品(非分泌型)，这些产品主要为医药和保健产品，对于这类产品的提取，需要先应用细胞破碎技术破碎细胞，使细胞内产物释放到液相中，然后再进行提纯，为后续的分离纯化做好准备工作。

细胞破碎技术是指利用外力破坏细胞壁和细胞膜，使细胞内容物包括目的产物成分释放出来的技术，是分离纯化细胞内合成的非分泌型生化物质(产品)的基础。

随着重组DNA技术和组织培养技术上的重大进展，以前认为很难获得的蛋白质现在都可以大规模生产。

微生物细胞和植物细胞外层均为细胞壁，细胞壁里面是细胞膜，细胞膜和它所包围的细胞浆合称为原生质体。

动物细胞没有细胞壁，仅有细胞膜。

通常情况下，细胞壁较坚韧，细胞膜脆弱，易受渗透压冲击而破碎，因此细胞破碎的阻力主要来自于细胞壁。

基于遗传和环境等因素，不同类型生化物质其细胞壁的结构和组成不完全相同，故细胞壁的机械强度不同，细胞破碎的难易程度也就不同。

此外，不同的生化物质其稳定性有较大差别，在破碎过程中应防止变性和被胞内的酶水解。

因此，破碎方法的选择和操作条件的优化是十分必要的。

(一)机械破碎法机械破碎法分为高压匀浆破碎法、高速搅拌珠研磨破碎法和超声波破碎法三种。

1．高压匀浆破碎法Manton Gaulin高压匀浆器是高压匀浆破碎法常用的设备，它由可产生高压的泵和排出阀组成，排出阀具有狭窄的小孔，其大小可以调节。

细胞浆液通过止逆阀进入泵体内，在高压下迫使其在排出阀的小孔中高速冲出，并射向撞击环上，由于突然减压和高速冲击，使细胞受到高的液相剪切力而破碎。

在操作方式上，可以采用单次通过匀浆器或多次循环通过等方式，也可连续操作。

生物分离工程部分知识点生物分离效率三个指标：分离纯化浓缩程度，纯化倍数，回收率。

生物分离工程：从发酵液、酶反应液或动/植物细胞培养液中将目标产物提取、浓缩、分离、纯化和成品化的过程。

机械破碎法：固体剪切法(珠磨法、压榨法、撞击法) 液体剪切法（高压匀浆法、超声波破碎）工业常用方法：高压匀浆法、高速珠磨法。

优缺点：高压匀浆优点是细胞经历了高速造成的剪切、碰撞、高压到常压的变化，从而造成细胞破碎。

缺点是较容易造成堵塞的丝状真菌、放线菌以及较小的G+菌不适合用本法。

高压匀浆一般需多级循环操作，每次循环前需要进行级间冷却。

主要能耗是高压和维持低温操作能量消耗。

高速珠磨破碎法：破碎率与能耗成正比。

增加装珠量或延长破碎时间或增加转速均可提高破碎率，但同时能量消耗和产热增加，提高了制冷费和总能源消耗量。

当破碎率≥80%，能耗急剧增加。

超声波破碎：有效能量利用率低，冷却要求苛刻。

①常用的蛋白质沉淀方法有：盐析沉淀（硫酸铵，低温）、等电点沉淀、有机溶剂沉淀（丙酮/乙醇等有机溶剂）及热沉淀法等。

②有机溶剂沉淀蛋白质的机理是：向蛋白质溶液中加入有机溶剂，水的活度降低。

随着有机溶剂溶度的增大，水对蛋白质分子表面荷电基团的水化程度降低，液体的介电常数下降，蛋白质分子间的静电引力增大，从而凝聚和沉淀。

盐析的主要因素有无机盐的种类，浓度，温度和pH值。

lgS=-β—KsI。

盐的种类影响KS值，离子半径小而带电荷较多的阴离子盐析效果好。

温度和pH值影响β，在高离子强度溶液中，温度上升，有利于某些蛋白质失水，因此温度升高，蛋白质溶解度下降。

pH值接近蛋白质等电点有利于提高盐析效果。

水相pH值对弱电解质分配系数具有显著影响。

物理萃取时，弱酸性电解质的分配系数随pH值降低而增大，弱碱性电解质随pH值降低而减少。

弱电解质在水相中发生不完全解离，仅仅是游离酸或游离碱在两相产生分配平衡，而酸根或碱基不能进入有机相，所以萃取达到平衡状态时，一方面弱电解质在水相中达到解离平衡，另一方面，未解离的游离电解质在两相中达到分配平衡。

细胞破碎技术与方法细胞破碎技术是指利用外力破坏细胞膜和细胞壁，使细胞内容物包括目的产物成分释放出来的技术，是分离纯化细胞内合成的非分泌型生化物质(产品)的基础。

结合重组DNA技术和组织培养技术上的重大进展，以前认为很难获得的蛋白质现在可以大规模生产。

由于细菌、酵母、真菌、植物都有细胞壁，但成分不同，且同类细胞结成的网状结构不同，因此其细胞壁的坚固程度不同，总体呈现递增态势。

动物细胞虽没有细胞壁，但具有细胞膜，也需要一定的细胞破碎方法来破膜，达到提取产物的目的。

细胞破碎的方法主要分为化学法和机械法两大类。

具体如下：化学法渗透冲击破碎法• 方法：渗透压冲击是较温和的一种破碎方法，将细胞放在高渗透压的溶液中(如一定浓度的甘油或蔗糖溶液)，由于渗透压的作用，细胞内水分便向外渗出，细胞发生收缩，当达到平衡后，将介质快速稀释，或将细胞转入水或缓冲液中，由于渗透压的突然变化，胞外的水迅速渗入胞内，引起细胞快速膨胀而破裂。

反复冻融法• 方法：将细胞放在低温下冷冻(约-15℃)，然后在室温中融化，反覆多次而达到破壁作用。

由于冷冻，一方面能使细胞膜的疏水键结构破裂，从而增加细胞的亲水性能，另一方面胞内水结晶，形成冰晶粒，引起细胞膨胀而破裂。

对于细胞壁较脆弱的菌体，可采用此法。

酶溶破碎发法• 方法：利用各种水解酶，如溶菌酶、纤维素酶、蜗牛酶、半纤维素酶、脂酶等，将细胞壁分解，使细胞内含物释放出来。

有些细菌对溶菌酶不敏感，加入少量巯基试剂或8摩尔尿素处理后，使之转为对溶菌酶敏感而溶解。

• 特点：a) 此法适用多种微生物b) 具有作用条件温和c) 内含物成分不易受到破坏d) 细胞壁损坏的程度可以控制• 存在的问题：a) 易造成产物抑制作用b) 溶酶价格高c) 酶溶法通用性差化学试剂法• 方法：某些有机溶剂(如苯、甲苯)、抗生素、表面活性剂、金属螯合剂、变性剂等化学药品都可以改变细胞壁或膜的通透性从而使内含物有选择地渗透出来。

细胞破碎方法综述细胞破碎技术是指利用外力破坏细胞膜和细胞壁，使细胞内容物包括目的产物成分释放出来的技术，是分离纯化细胞内合成的非分泌型生化物质（产品）的基础。

结合重组DNA 技术和组织培养技术上的重大进展，以前认为很难获得的蛋白质现在可以大规模生产。

关键词：细胞破碎；细胞壁；细胞膜；细胞破碎方法1前言目标产物的分离纯化在现代生物技术工业中占有十分重要的位置，它决定着产品的纯度和安全性，也决定着产品的收率与成本。

许多生物产物在细胞培养过程中不能分泌到胞外，而保留在细胞内。

破碎细胞的目的就是使细胞壁和细胞膜受到不同程度的破坏或破碎，释放其中的目标产物。

自20世纪80年代初重组DNA技术得到广泛应用以来,生物技术发生了质的飞跃,生物产品的数量越来越多,许多具有重大应用价值的产品应运而生,如具有显著医疗作用的胰岛素、干扰素、生长激素、白细胞介素一2等,它们的基因分别在宿主细胞(如大肠杆菌或酵母细胞)内克隆表达成为基因工程产物,从而提高了产量,降低了成本。

很多基因工程产物都是胞内物质 (如上述药物经克隆表达后都属胞内物质),分离提取这类产物时,必须将细胞破壁,使产物得以释放,才能进一步提取。

因此细胞破碎是提取胞内产物的关键性步骤,破碎技术的研究更加引起基因工程专家和生化工程学者的关注。

2细胞破碎技术2．1高压匀浆破碎法（homogenization）高压匀浆器是常用的设备，它由可产生高压的正向排代泵（positive displacenemt pump）和排出阀（discharge valve）组成，排出阀具有狭窄的小孔，其大小可以调节。

细胞浆液通过止逆阀进入泵体内，在高压下迫使其在排出阀的小孔中高速冲出，并射向撞击环上，由于突然减压和高速冲击，使细胞受到高的液相剪切力而破碎。

在操作方式上，可以采用单次通过匀浆器或多次循环通过等方式，也可连续操作。

为了控制温度的升高，可在进口处用干冰调节温度，使出口温度调节在20℃左右。

高速珠磨法破碎细胞综述摘要：随着重组DNA技术得到广泛应用以来，生物技术发生了质的飞跃。

很多基因工程产物都是胞内物质，必须将细胞破壁，使产物得以释放，才能进一步提取，因此细胞破碎是提取胞内产物的关键步骤，破碎方法的得当与否，直接影响到所提取产品的产量、质量和生产成本。

而目前高速珠磨匀浆法和高压匀浆法不仅在实验室被广泛采用，而且在工业生产上高速珠磨匀浆法也是一种有效的细胞破碎方法。

关键词：高速珠磨机细胞破碎1、结构：高速珠磨机又称砂磨机，研磨作业是在全密闭且具有压力的研磨缸内高速运转研磨，所以没有溶剂挥发污染空气的问题，能确保操作人员的身心健康，更因为没有溶剂挥发而节约能源，降低生产成本。

由机身、主传动、分散器、送料泵、无级变速器、冷却系统、电气控制器等组成；直立式整体性设计，将研磨主机和送料泵以及电气控制箱集为一体，使立式砂磨机不占空间，操作方便；研磨缸为冷却夹套型设计，使冷却水能一进一出，以冷却砂磨机研磨作业中产生的温度。

珠磨机的破碎腔由夹套组成，夹套内通冷却剂可以移出细胞破碎时产生的热量。

破碎腔内装有直径约1mm的无铅玻璃珠或其他材质的微珠。

当启动电机后，玻璃珠随搅拌桨转动而进行各种形式的运动，从而珠子与细胞之间产生了撞击和剪切效应，使细胞破碎，释放出内含物。

在细胞匀浆液出口处设置了珠液分离器滞留珠子，使珠液分离破碎能够连续进行。

珠磨机是破碎率较高的细胞破碎机，常用于生物药物的生产中。

2、破碎机理：高速珠磨法也是一种有效的细胞破碎方法，珠磨机是该法所用的设备，其结构示意图见图（1）。

微生物细胞悬浮液与极细的研磨剂（通常是直径<1mm的无铅玻璃珠）在搅拌桨作用下充分混合，珠子之间以及珠子和细胞之间的互相剪切、碰撞促进细胞壁破裂，释出内含物。

在珠液分离器的协助下，珠子被滞留在破碎室内，浆液流出，从而实现连续操作。

破碎中产生的热量由夹套中的冷却液带走。

]1[影响珠磨破碎的因素很多，一旦珠磨机的硬件确定，则只有某些操作参数待定，如转速、进料速度、珠子直径与用量、细胞浓度、冷却温度等。

几种常用的细胞破碎方法(1) 珠磨法是一种有效的细胞破碎方法，所用设备为珠磨机。

1) 工作原理：进入珠磨机内的细胞悬浮液与极细的玻璃小珠、石英砂、氧化铝等研磨剂一起快速搅拌或研磨，珠子之间以及珠子与细胞之间的相互剪切、碰撞，使细胞破碎，释放出内含物。

在珠液分离器的协助下，珠子被滞留在破碎室内，浆液流出，从而实现连续操作。

破碎过程中产生的热量由夹套内的冷却液带走。

2）影响因素：一旦珠磨机的硬件确定了，则只有某些操作参数可以进行设定，如转速、进料速度、珠子的直径和用量、细胞浓度、冷却温度等。

这些参数对细胞破碎有不同的影响，同时也相互联系。

(2) 高压匀浆法是大规模细胞破碎的常用方法，所用设备为高压匀浆器。

图11.3为高压细胞破碎仪，是一种很常用的高压匀浆器。

1)工作原理高压匀浆法是利用高压使细胞悬浮液通过针形阀，由于突然减压和高速撞击碰撞环而使细胞破裂。

从高压室（几十兆帕）压出的细胞悬浮液（图11.4)经过阀座3的中心孔道，从阀座3和阀杆5之间的小环隙中喷出，速度可达每秒钟几百米。

这种高速喷出的浆液又射到静止的碰撞环4上，被迫改变方向后从出口管流出。

细胞在这一系列过程中经历了高流速下的剪切、碰撞以及由高压到常压的变化，使细胞产生较大的形变，导致细胞壁的破坏。

细胞壁是细胞的机械屏障，稍有破损就会造成细胞膜的破坏，胞内物质在渗透压的作用下释放出来，从而造成细胞的完全破坏。

细胞悬浮液经过一次高压匀浆后，常常只有一部分的细胞破碎，为此，可将一次破碎的“细胞匀浆”进行第二次、第三次甚至更多次的破碎，也可将细胞匀浆进行循环破碎，直到达到理想的破碎效果。

2）影响因素影响破碎的主要因素有压力、温度和细胞悬浮液通过匀浆的次数。

增大压力和增加破碎次数都可以提高破碎效果，但过高的压力对匀浆器的磨损也较大。

一般来说，酵母细胞比细菌细胞难破碎，处于静止期的细胞比处于快速生长期的细胞难破碎，在复合培养基中培养的细胞比在简单培养基中培养的细胞难破碎。

珠磨法的原理嘿，咱今儿来聊聊珠磨法的原理呀！你看啊，珠磨法就好比一场激烈的战斗。

那些小小的珠子就像是英勇的战士，在特定的战场——研磨容器里冲锋陷阵。

想象一下，这些珠子们疯狂地翻滚、碰撞，那场面，多带劲啊！这些珠子可不简单，它们有着特殊的使命呢。

它们要把需要处理的物料当成敌人，狠狠地去撞击、摩擦。

物料在珠子们的攻击下，一点点地被粉碎、细化。

这就好像是把一块大石头慢慢地雕琢成精美的艺术品，只不过这里的工具是珠子罢了。

咱再想想，生活中是不是也有类似的情况呢？就好比我们要完成一个艰巨的任务，是不是得像珠子一样，不怕困难，勇往直前地去拼搏呀？珠磨法里的珠子就是这样，不知疲倦地工作着。

而且啊，珠子的大小、材质啥的可都有讲究呢。

不同的珠子就像是不同性格的战士，有的勇猛无比，有的则更擅长持久战。

选择合适的珠子，就如同给这场战斗配备了最精锐的部队，那效果肯定不一样啦。

还有哦，研磨的环境也很重要。

就像战士需要合适的战场一样，温度、湿度等条件都得恰到好处。

不然，珠子们也没法发挥出最大的威力呀。

你说这珠磨法神奇不神奇？它就靠着这些小小的珠子，能把那么多物料处理得妥妥当当。

这是不是让你想起了那句老话，“麻雀虽小，五脏俱全”？珠磨法虽然看起来简单，可里面的学问大着呢！咱平时可能不太会注意到这些幕后的英雄——珠子，但它们却在默默地为各种生产和研究做出贡献。

没有它们的努力，很多产品可能就没法那么顺利地生产出来啦。

所以啊，可别小瞧了这珠磨法，它可是有着大能量的呢！它就像是一个隐藏在幕后的魔法师，用它独特的魔法让一切变得更加美好。

下次再看到那些经过珠磨法处理的东西，是不是会对它多几分敬意和好奇呢？是不是会感叹这小小的珠子竟然有如此大的能耐呢？反正我是会的啦！。

玻璃珠反复碾磨裂解法
玻璃珠反复碾磨裂解法是一种常用于制备细粉末的方法。

该方法的原理是将玻璃珠放入研钵中，与样品一起进行反复碾磨，以达到将样品细化的目的。

首先，将需要细化的样品放入研钵中，与一定数量的玻璃珠混合。

然后，将研钵放入研钵机中，启动设备，使研钵进行旋转运动。

在运动的过程中，玻璃珠与样品不断摩擦碰撞，使样品不断地被细化。

为达到更好的细化效果，可以根据需要适当调节研钵的旋转速度和研磨时间。

此外，为了避免样品在碾磨过程中因过度热化而失去原有的性质，可以在碾磨中间隔冷却一段时间，让样品充分散热。

玻璃珠反复碾磨裂解法不仅适用于制备各种材料的细粉末，还可以用于样品的混合和分散。

在实际应用中，该方法具有操作简单、效率高、成本低廉等优点，成为制备细粉末的常用方法之一。

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