第三章 细胞的分离与破碎

第三章细胞破碎技术第⼆章细胞破碎和分离提取技术2．1细胞破碎技术许多⽣物产物特别是蛋⽩质、基因重组产品、胞内产品如：青霉素酰化酶，碱性磷酸酶等胞内酶，⼲扰素、胰岛素、⽣长激素等基因⼯程产物以及部分植物细胞产物等都是胞内物质，这类⽣物产物需要分离纯化的第⼀步是收集细胞及细胞破碎，使⽬标产物释放出来，然后进⾏分离纯化。

如图所⽰：图胞内产品的分离纯化过程2．1．1细胞破碎⽅法及机理破碎细胞的⽬的是使细胞壁和细胞膜受到不同程度的破坏（增⼤渗透性）或破碎、释放其中的⽬标产物，主要采⽤的⽅法有机械法和⾮机械法两⼤类，图1列出了⼀些主要⽅法：破碎⽅法固体剪切作⽤液体剪切作⽤⼲燥处理溶胞作⽤珠磨法压榨法⾼压匀浆超声破碎酶溶法化学法物理法撞击法图1 细胞破碎⽅法分类机械破碎中细胞所受的机械作⽤⼒主要有压缩⼒和剪切⼒，化学破碎则利⽤化学或⽣化试剂或酶改变细胞壁或细胞膜的结构，增⼤胞内物质的溶解速率，或完全溶解细胞壁，形成原⽣质体后，在渗透压作⽤下，使细胞膜破裂⽽释放胞内物质，各作⽤⼒细胞破碎机理如图22.1.2机械⽅法破碎机械破碎处理量⼤，破碎速度较快，时间短，效率较⾼，是⼯业规模细胞破碎的重要⼿段，细胞受到挤压，剪切和撞击作⽤，易被破碎在许多情况下，细胞内含物全部释放出来，由于机械搅拌产⽣热量，破碎要采⽤冷却措施，机械破碎主要的⽅法有珠磨法、⾼压匀浆法、撞击破碎法和超声波等⽅法。

2.1.2.1 珠磨法（Bead milling ）珠磨法是⼀种有效的常⽤的机械破碎⽅法，珠磨机是珠磨法所采⽤的设备，其结构⽰意图3，细胞悬浮液与玻璃珠（或⽯英砂，或氧化铝）⼀起⾼速搅拌，研磨使细胞达到某种程度破碎，在珠磨机中，细胞的破碎是由剪切⼒层之间的碰撞和磨料的滚动⽽引起的。

珠磨法破碎细胞可采⽤间歇式连续操作，研究表明，两种情况下，细胞破碎动⼒学可近似表⽰为：t k l S 11n ?=-其中， t 在间歇操作时，为破碎操作时间，连续操作时为细胞悬浮液在破碎室内的平均停留时间，即R Vt =，其中V 为悬浮液体积m 3，Q 为悬浮液流量m 3/S ，S 为破碎率，k 为破碎速率常数，与许多因素有关。

《生物分离工程》课程笔记第一章绪论一、生物分离工程的历史及应用1. 历史生物分离工程的历史可以追溯到古代酿酒和面包制作时期，但作为一个独立领域的发展始于20世纪。

早期的生物分离技术主要依靠自然现象，如沉淀、结晶等。

随着科技的发展，尤其是生物技术的崛起，生物分离工程逐渐形成一门独立的学科，并得到了迅速发展。

2. 应用生物分离技术在医药、食品、农业、环境保护等领域有广泛的应用。

例如，在疫苗生产中，需要从细胞培养液中分离出病毒或细菌；在抗生素提取中，需要从发酵液中提取抗生素；在蛋白质纯化中，需要从混合蛋白质中分离出目标蛋白质；在果汁澄清中，需要去除果汁中的悬浮固体等。

二、生物分离过程的特点1. 复杂性生物分离过程涉及生物大分子（如蛋白质、核酸、多糖等）的分离和纯化，这些生物大分子在结构和性质上具有很高的复杂性，因此生物分离过程也具有较高的复杂性。

2. 多样性生物分离过程中，针对不同的生物大分子和混合物，需要采用不同的分离方法和工艺，因此生物分离过程具有很高的多样性。

3. 灵敏度生物大分子在分离过程中容易受到外界因素的影响，如温度、pH值、离子强度等，因此生物分离过程需要严格控制条件，具有很高的灵敏度。

4. 易失活性生物大分子在分离过程中容易发生变性、降解等失活现象，因此生物分离过程需要尽量减少这些失活现象的发生。

5. 高价值生物大分子往往具有很高的经济价值，如药物、生物制品等，因此生物分离过程需要高效、高收率地分离目标物质，以满足市场需求。

第二章过滤一、过滤基本概念及预处理1. 过滤基本概念过滤是一种基于孔径大小实现固体与流体分离的技术。

在生物分离工程中，过滤技术被广泛应用于细胞培养液、发酵液、酶反应液等混合物的初步分离和纯化。

过滤过程中，混合物通过过滤介质（如滤纸、滤膜等），固体颗粒被拦截在过滤介质上，而流体则通过过滤介质流出，从而实现分离。

2. 预处理为了提高过滤效率，通常需要对混合物进行预处理。

《酶工程》课后知识题目解析第一章酶工程基础1.名词解释：酶工程、比活力、酶活力、酶活国际单位、酶反应动力学①酶工程：由酶学与化学工程技术、基因工程技术、微生物学技术相结合而产生的一门新技术，是工业上有目的地设计一定的反应器和反应条件，利用酶的催化功能，在常温常压下催化化学反应，生产人类所需产品或服务于其它目的地一门应用技术。

②比活力：指在特定条件下，单位质量的蛋白质或RNA所拥有的酶活力单位数。

③酶活力：也称为酶活性，是指酶催化某一化学反应的能力。

其大小可用在一定条件下，酶催化某一化学反应的速度来表示，酶催化反应速度愈大，酶活力愈高。

④酶活国际单位: 1961年国际酶学会议规定：在特定条件(25℃，其它为最适条件)下，每分钟内能转化1μmol底物或催化1μmol产物形成所需要的酶量为1个酶活力单位，即为国际单位（IU）。

⑤酶反应动力学:指主要研究酶反应速度规律及各种因素对酶反应速度影响的科学。

2.说说酶的研究简史酶的研究简史如下：(1)不清楚的应用：酿酒、造酱、制饴、治病等。

(2)酶学的产生：1777年，意大利物理学家 Spallanzani 的山鹰实验；1822年，美国外科医生Beaumont 研究食物在胃里的消化；19世纪30年代，德国科学家施旺获得胃蛋白酶。

1684年，比利时医生Helment提出ferment—引起酿酒过程中物质变化的因素（酵素）；1833年，法国化学家Payen和Person用酒精处理麦芽抽提液，得到淀粉酶；1878年，德国科学家K?hne提出enzyme—从活生物体中分离得到的酶，意思是“在酵母中”（希腊文）。

(3)酶学的迅速发展（理论研究）：1926年,美国康乃尔大学的”独臂学者”萨姆纳博士从刀豆中提取出脲酶结晶，并证明具有蛋白质的性质;1930年，美国的生物化学家Northrop分离得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶结晶，确立了酶的化学本质。

3.说说酶工程的发展概况I.酶工程发展如下：①1894年，日本的高峰让吉用米曲霉制备淀粉酶，酶技术走向商业化：②1908年，德国的Rohm用动物胰脏制得胰蛋白酶，皮革软化及洗涤；③1911年，Wallerstein从木瓜中获得木瓜蛋白酶，用于啤酒的澄清；④1949年，用微生物液体深层培养法进行－淀粉酶的发酵生产，揭开了近代酶工业的序幕；⑤1960年，法国科学家Jacob和Monod 提出的操纵子学说，阐明了酶生物合成的调节机制，通过酶的诱导和解除阻遏，可显著提高酶的产量；⑥1971年各国科学家开始使用“酶工程”这一名词。

第一章绪论1、何为生化分离技术？其主要研究那些容？生化分离技术是指从动植物组织培养液和微生物发酵液中分离、纯化生物产品的过程中所采用的方法和手段的总称。

2、生化分离的一般步骤包括哪些环节及技术？一般说来，生化分离过程主要包括4个方面：①原料液的预处理和固液分离，常用加热、调PH、凝聚和絮凝等方法；②初步纯化(提取)，常用沉淀、吸附、萃取、超滤等单元操作；③高度纯化(精制)，常选用色谱分离技术；④成品加工，有浓缩、结晶和干燥等技术。

3、生化分离工程有那些特点，及其重要性？特点：1、目的产物在初始物料（发酵液）中的含量低；2、培养液是多组分的混合物，除少量产物外，还有大量的细胞及碎片、其他代物（几百上千种）、培养基成分、无机盐等；3、生化产物的稳定性低，易变质、易失活、易变性，对温度、pH值、重金属离子、有机溶剂、剪切力、表面力等非常敏感；4、对最终产品的质量要求高重要性：生物技术产品一般存在于一个复杂的多相体系中。

唯有经过分离和纯化等下游加工过程，才能制得符合使用要求的产品。

因此产品的分离纯化是生物技术工业化的必需手段。

在生物产品的开发研究中，分离过程的费用占全部研究费用的50％以上；在产品的成本构成中，分离与纯化部分占总成本的40～80％；精细、药用产品的比例更高达70～90％。

显然开发新的分离和纯化工艺是提高经济效益或减少投资的重要途径。

4、生物技术下游工程与上游工程之间是否有联系？它们之间有联系。

①生物工程作为一个整体，上游工程和下游工程要相互配合，为了利于目的产物的分离与纯化，上游的工艺设计应尽量为下游的分离纯化创造条件，例如，对于发酵工程产品，在加工过程中如果采用液体培养基，不用酵母膏、玉米浆等有色物质为原料，会使下游加工工程更方便、经济；②通常生物技术上游工程与下游工程相耦合。

发酵-分离耦合过程的优点是可以解除终产物的反馈抑制效应，同时简化产物提取过程，缩短生产周期，收到一举数得的效果。

第一篇组成人体的细胞第三章亚细胞结构的分离与鉴定细胞由各种亚细胞结构组成。

其重要的研究手段之一是分离纯化亚细胞组分，观察它们的结构或进行生化分析。

离心技术是实现这一目标的基本手段。

一般认为，转速为10～25Kr/min的离心机称为高速离心机；转速超过25Kr/min，离心力大于89Kg者称为超速离心机。

目前超速离心机的最高转速可达100Kr/min，离心力超过500Kg。

第一节亚细胞结构分离的技术分离亚细胞组分的第一步是制备组织匀浆或细胞匀浆。

匀浆（Homogenization）是在低温条件下，将组织或细胞放在匀浆器中加入等渗匀浆介质（即0.25moL/L蔗糖一0.003mol/L氯化钙溶液）研磨，使细胞被机械地研碎成为各种亚细胞组分和包含物的混合物。

分离亚细胞组分的第一步是分级分离。

它通过由低速到高速离心技术，使非均一混合体中的颗粒按其大小轻重分批沉降到离心管的不同部位，再分部收集，即可得到各种亚细胞组分。

由于样品中各种大小和密度不同的颗粒在离心开始时是均匀分布于整个离心管中，故每级分离得到的第一次沉淀必然不是纯的最重的颗粒，须经反复悬浮和离心加以纯化。

分离亚细胞组分主要离心技术是差速离心和密度梯度离心。

差速离心（differential centrifugation）是在密度均一的介质中由低速到高速逐级离心，用于分离不同大小的细胞和细胞器。

在差速离心中细胞器沉降的顺序依次为：细胞核、线粒体、溶酶体与过氧化物酶体、内质网与高尔基体、最后为核糖体。

由于各种细胞器在大小和密度上相互重叠，一般重复2～3次效果会好一些。

通过差速离心可将细胞器初步分离，但常需进一步通过密度梯离心再行分离纯化。

密度梯度离心（density gradient centrifugation）是用一定的介质在离心管内形成一连续或不连续的密度梯度，将细胞混悬液或匀浆置于介质的顶部，通过重力或离心力场的作用使细胞分层、分离。

这类分离又可分为速度沉降和等密度沉降两种。

细胞破碎方法简述-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1细胞破碎方法简述2010-04-26 09:27:19|?分类：电泳资料 |标签： |字号大中小订阅本文引用自啸月天狼《细胞破碎方法简述》更多相关资料请查看分离膜是指能以特定形式限制和传递流体物质的分隔两相或两部分的界面。

膜的形式可以是固态的，也可以是液态的。

被膜分割的流体物质可以是液态的，也可以是气态的。

膜至少具有两个界面，膜通过这两个界面与被分割的两侧流体接触并进行传递。

分离膜对流体可以是完全透过性的，也可以是半透过性的，但不能是完全不透过性的。

膜在生产和研究中的使用技术被称为膜技术。

随着科学技术的迅猛发展和人类对物质利用广度的开拓，物质的分离已成为重要的研究课题。

分离的类型包括同种物质按不同大小尺寸的分离；异种物质的分离；不同物质状态的分离等。

在化工单元操作中，常见的分离方法有筛分、过滤、蒸馏、蒸发、重结晶、萃取、离心分离等。

然而，对于高层次的分离，如分子尺寸的分离、生物体组分的分离等，采用常规的分离方法是难以实现的，或达不到精度，或需要损耗极大的能源而无实用价值。

具有选择分离功能的高分子材料的出现，使上述的分离问题迎刃而解。

膜分离过程的主要特点是以具有选择透过性的膜作为分离的手段，实现物质分子尺寸的分离和混合物组分的分离。

膜分离过程的推动力有浓度差、压力差和电位差等。

膜分离过程可概述为以下三种形式：①渗析式膜分离料液中的某些溶质或离子在浓度差、电位差的推动下，透过膜进入接受液中，从而被分离出去。

属于渗析式膜分离的有渗析和电渗析等；②过滤式膜分离利用组分分子的大小和性质差别所表现出透过膜的速率差别，达到组分的分离。

属于过滤式膜分离的有超滤、微滤、反渗透和气体渗透等；③液膜分离液膜与料液和接受液互不混溶，液液两相通过液膜实现渗透，类似于萃取和反萃取的组合。

溶质从料液进入液膜相当于萃取，溶质再从液膜进入接受液相当于反萃取。

生化分离工程知识点归纳第一章绪论1、生物物质分离工程：在工业规模上，通过适当的分离纯化技术与装备并消耗一定的能量和分离介质来实现生物物质（产品）制备的过程，是生物产业的一个重要组成部分。

2、生物工程下游加工过程的特点：（1）成分复杂：固体成分、液体成分（2）悬液中的目标产物浓度低（3）稳定性差：化学（温度和pH值）或微生物引起的降解（4）生物产品质量要求高：纯度、卫生、生物活性3、下游加工过程的一般流程（4个阶段）：发酵液的预处理与固液分离、初步纯化（提取）、高度纯化（精制）、成品加工。

4、某一具体产品的分离提取工艺设计中应考虑的问题：①产物本身的性质；②是胞内产物还是胞外产物；③原料中产物和主要杂质浓度；④产物和主要杂质的理化特性及差异；⑤产品用途和质量标准；⑥产品的市场价格；⑦不同分离方法的技术经济比较及废液的处理方法等。

第二章发酵液的预处理与过滤1、发酵液的预处理发酵液的预处理的方法：（1）加热：最简单、最经济的预处理方法是加热，降低料液黏度，也可以对其进行灭菌。

但加热变性的方法只适合于对热稳定性的产物。

（2）调节料液的pH值：促进全细胞聚集。

（3）凝聚和絮凝：凝聚是指通过加入简单电解质降低了胶体粒子间的排斥电位，从而使得范德华引力起主导作用，聚合成较大的胶粒，粒子的密度越大，越易分离。

常用凝聚剂多为阳离子型如明矾、三氯化铁。

絮凝是指预处理时加入絮凝剂（通常指天然或合成的生物大分子聚电解质）既能降低排斥电位，又吸附了周围的微粒，形成桥架作用，促使胶粒形成粗大，密度低的絮凝团。

这些絮凝团很容易被过滤得到。

主要絮凝剂：聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、多聚胺衍生物。

（4）使用惰性助滤剂：硅藻土、珍珠岩。

2、真空过滤器的优点：连续自动操作,节省人力，生产能力大。

真空过滤器的缺点：附属设备多，投资费用高，推动力小适用于量大易过滤的料液。

3、压滤器的优点：过滤推动力大，过滤面积大。

压滤器的：缺点：板框压滤机劳动强度大，投资、维护费用高。