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 机械法 非机械法 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2 2 .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： tklS11n 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RVt ，其中 V 为悬浮液体积 m3，Q 为悬浮液流量 m3/S，S 为破碎率，k 为破碎速率常数，与许多因素有关。 珠磨法破碎受许多操作参数的影响，总结在表 1 中： 表 1 高速珠磨法过程变量 搅拌转速 悬浮液喂料速率 微球大小 微球填充密度 细胞浓度 微球密度 温度 搅拌桨设计 破碎室的几何形状 同一...
