有机溶剂法破碎细胞原理?
细胞破碎的三种方法。(1)酸碱处理:调节pH值,改变蛋白质的荷电性质,提高产物的溶解度。 (2)化学试剂处理:用表面活性剂或有机溶剂(甲苯)处理细胞,增大细胞壁的通透性,降低胞内产物的相互作用,使之容易释放。 (3)酶菌溶:利用溶解细胞壁的酶处理菌体细胞,使细胞壁受到部分或完全破坏后,再利用渗透压冲击等方法破坏细胞膜,进一步增大胞内产物的通透性。 酶溶的优点:操作温和,选择性强,酶能快速地破坏细胞壁,而不影响细胞内含物的质量,但缺点是酶的费用高,因而限制了它在大规模生产中的应用。 化学渗透法与机械破碎法相比:速度低,效率差,且化学或生化试剂的添加形成新的污染,给进一...全部
细胞破碎的三种方法。(1)酸碱处理:调节pH值,改变蛋白质的荷电性质,提高产物的溶解度。 (2)化学试剂处理:用表面活性剂或有机溶剂(甲苯)处理细胞,增大细胞壁的通透性,降低胞内产物的相互作用,使之容易释放。
(3)酶菌溶:利用溶解细胞壁的酶处理菌体细胞,使细胞壁受到部分或完全破坏后,再利用渗透压冲击等方法破坏细胞膜,进一步增大胞内产物的通透性。 酶溶的优点:操作温和,选择性强,酶能快速地破坏细胞壁,而不影响细胞内含物的质量,但缺点是酶的费用高,因而限制了它在大规模生产中的应用。
化学渗透法与机械破碎法相比:速度低,效率差,且化学或生化试剂的添加形成新的污染,给进一步的分离纯化增添麻烦。但化学渗透法选择性高,胞内产物的总释放率低,可有效抑制核酸的释放,料液粘度小,有利于后处理。
细胞破碎法机械破碎机械破碎处理量大、破碎效率高、速度快,主要靠均质作用和球磨碾磨作用;操作时,细胞遭受强大的机械剪切力而被破碎。采用机械法,发热是一个主要问题。细胞的机械破碎主要有高压匀浆、珠磨、撞击破碎和超声波破碎等方法。
(1) 高压匀浆器的破碎原理:细胞悬浮液在高压作用下从阀座与阀之间的环隙高速(可达到450m/s)喷出后撞击到碰撞环上细胞在受到高速撞击作用后,急剧释放到低压环境,从而在撞击力和剪切力等综合作用下破碎。
操作压力通常为50~70Mpa。影响因素:压力、循环操作次数和温度。高压匀浆法适用于酵母和细菌细胞的破碎。(2)珠磨:利用固体间研磨剪切力和撞击使细胞破碎。是最有效的一种细胞物理破碎法。珠磨机的主体一般是立式或卧式圆筒形腔体。
磨腔内装钢珠或小玻璃珠以提高碾磨能力,一般,卧式珠磨破碎效率比立式高,因为立式机中向上流动的液体在某种程度上会使研磨珠流态化,降低其研磨效率。珠磨法破碎细胞分为间歇或连续操作。珠磨法操作的有效能利用率仅为1%左右,破碎过程产生大量的热能。
设计时要考虑换热问题。珠磨的细胞破碎效率随细胞种类而异,适用于绝大多真菌菌丝和藻类等微生物细胞的破碎。与高压匀浆法相比,影响破碎率的操作参数较多,操作过程的优化设计较复杂。(3)撞击破碎原理:细胞是弹性体,比一般刚性固体粒子难于破碎。
将弹性细胞冷冻使其成为刚性球体,降低破碎难度,撞击破碎正是基于这样的原理。操作:细胞悬浮液以喷雾状高速冻结(冻结速度为数千℃/min),形成粒径小于50μm的微粒子。高速载气(如氮气,流速约300m/s)将冻结的微粒子送入破碎室,高速撞击撞击板,使冻结的细胞发生破碎。
特点:①细胞破碎仅发生在与撞击板撞击的一瞬间,细胞破碎均匀,可避免反复受力发生过度破碎的现象;②细胞破碎程度可通过无级调节载气压力(流速)控制,避免细胞内部结构的破坏,适用于细胞器(如线粒体、叶绿体等)的回收。
撞击破碎适于微生物细胞和植物细胞的破碎。(4)超声波破碎:利用液相剪切力破碎细胞。机理:在超声波作用下液体发生空化作用,空穴的形成、增大和闭合产生极大的冲击波和剪切力,使细胞破碎。超声波破碎很强烈,适用于多数微生物的破碎,有效能利用率低,破碎过程产生大量的热,对冷却的要求相当苛刻,故不易放大,主要用于实验室规模的细胞破碎。
影响因素:声强、声频、温度、时间、离子强度、pH、细胞类型。收起