細胞破碎的三種方法。（1）酸鹼處理：調節pH值，改變蛋白質的荷電性質，提高產物的溶解度。 （2）化學試劑處理：用表面活性劑或有機溶劑（甲苯）處理細胞，增大細胞壁的通透性，降低胞內產物的相互作用，使之容易釋放。 （3）酶溶：利用溶解細胞壁的酶處理菌體細胞，使細胞壁受到部分或完全破壞後，再利用滲透壓衝擊等方法破壞細胞膜，進一步增大胞內產物的通透性。 酶溶的優點：操作溫和，選擇性強，酶能快速地破壞細胞壁，而不影響細胞內含物的質量，但缺點是酶的費用高，因而限制了它在大規模生產中的套用。 化學滲透法與機械破碎法相比：速度低，效率差，且化學或生化試劑的添加形成新的污染，給進一步的分離純化增添麻煩。但化學滲透法選擇性高，胞內產物的總釋放率低，可有效抑制核酸的釋放，料液粘度小，有利於後處理。
基本介紹
- 中文名：細胞破碎法
- 破碎方法1：機械破碎
- 破碎方法2：化學和生物化學滲透（非機械法）
- 破碎方法3：物理滲透法
- 所屬類型：生物技術
- 目的：使細胞破碎，取得所需物質
機械破碎,化學和生物化學滲透（非機械法）,物理滲透法,
機械破碎
機械破碎處理量大、破碎效率高、速度快,主要靠均質作用和球磨碾磨作用；操作時，細胞遭受強大的機械剪下力而被破碎。採用機械法，發熱是一個主要問題。
細胞的機械破碎主要有高壓勻漿、珠磨、撞擊破碎和超音波破碎等方法。
（1） 高壓勻漿器的破碎原理：細胞懸浮液在高壓作用下從閥座與閥之間的環隙高速（可達到450m/s）噴出後撞擊到碰撞環上細胞在受到高速撞擊作用後，急劇釋放到低壓環境，從而在撞擊力和剪下力等綜合作用下破碎。操作壓力通常為50～70Mpa。影響因素:壓力、循環操作次數和溫度。
高壓勻漿法適用於酵母和細菌細胞的破碎。
（2）珠磨：利用固體間研磨剪下力和撞擊使細胞破碎。是最有效的一種細胞物理破碎法。珠磨機的主體一般是立式或臥式圓筒形腔體。磨腔內裝鋼珠或小玻璃珠以提高碾磨能力，一般，臥式珠磨破碎效率比立式高，因為立式機中向上流動的液體在某種程度上會使研磨珠流態化，降低其研磨效率。
珠磨法破碎細胞分為間歇或連續操作。珠磨法操作的有效能利用率僅為1%左右，破碎過程產生大量的熱能。設計時要考慮換熱問題。珠磨的細胞破碎效率隨細胞種類而異，適用於絕大多真菌菌絲和藻類等微生物細胞的破碎。與高壓勻漿法相比，影響破碎率的操作參數較多，操作過程的最佳化設計較複雜。
（3）撞擊破碎
原理：細胞是彈性體，比一般剛性固體粒子難於破碎。將彈性細胞冷凍使其成為剛性球體，降低破碎難度，撞擊破碎正是基於這樣的原理。
操作：細胞懸浮液以噴霧狀高速凍結（凍結速度為數千℃/min），形成粒徑小於50μm的微粒子。高速載氣（如氮氣，流速約300m/s）將凍結的微粒子送入破碎室，高速撞擊撞擊板，使凍結的細胞發生破碎。
特點：
①細胞破碎僅發生在與撞擊板撞擊的一瞬間，細胞破碎均勻，可避免反覆受力發生過度破碎的現象；
②細胞破碎程度可通過無級調節載氣壓力（流速）控制，避免細胞內部結構的破壞，適用於細胞器（如線粒體、葉綠體等）的回收。撞擊破碎適於微生物細胞和植物細胞的破碎。
（4）超音波破碎：利用液相剪下力破碎細胞。
機理：在超音波作用下液體發生空化作用，空穴的形成、增大和閉合產生極大的衝擊波和剪下力，使細胞破碎。
超音波破碎很強烈，適用於多數微生物的破碎，有效能利用率低，破碎過程產生大量的熱，對冷卻的要求相當苛刻，故不易放大，主要用於實驗室規模的細胞破碎。
影響因素：聲強、聲頻、溫度、時間、離子強度、pH、細胞類型。
細胞的機械破碎主要有高壓勻漿、珠磨、撞擊破碎和超音波破碎等方法。
（1） 高壓勻漿器的破碎原理：細胞懸浮液在高壓作用下從閥座與閥之間的環隙高速（可達到450m/s）噴出後撞擊到碰撞環上細胞在受到高速撞擊作用後，急劇釋放到低壓環境，從而在撞擊力和剪下力等綜合作用下破碎。操作壓力通常為50～70Mpa。影響因素:壓力、循環操作次數和溫度。
高壓勻漿法適用於酵母和細菌細胞的破碎。
（2）珠磨：利用固體間研磨剪下力和撞擊使細胞破碎。是最有效的一種細胞物理破碎法。珠磨機的主體一般是立式或臥式圓筒形腔體。磨腔內裝鋼珠或小玻璃珠以提高碾磨能力，一般，臥式珠磨破碎效率比立式高，因為立式機中向上流動的液體在某種程度上會使研磨珠流態化，降低其研磨效率。
珠磨法破碎細胞分為間歇或連續操作。珠磨法操作的有效能利用率僅為1%左右，破碎過程產生大量的熱能。設計時要考慮換熱問題。珠磨的細胞破碎效率隨細胞種類而異，適用於絕大多真菌菌絲和藻類等微生物細胞的破碎。與高壓勻漿法相比，影響破碎率的操作參數較多，操作過程的最佳化設計較複雜。
（3）撞擊破碎
原理：細胞是彈性體，比一般剛性固體粒子難於破碎。將彈性細胞冷凍使其成為剛性球體，降低破碎難度，撞擊破碎正是基於這樣的原理。
操作：細胞懸浮液以噴霧狀高速凍結（凍結速度為數千℃/min），形成粒徑小於50μm的微粒子。高速載氣（如氮氣，流速約300m/s）將凍結的微粒子送入破碎室，高速撞擊撞擊板，使凍結的細胞發生破碎。
特點：
①細胞破碎僅發生在與撞擊板撞擊的一瞬間，細胞破碎均勻，可避免反覆受力發生過度破碎的現象；
②細胞破碎程度可通過無級調節載氣壓力（流速）控制，避免細胞內部結構的破壞，適用於細胞器（如線粒體、葉綠體等）的回收。撞擊破碎適於微生物細胞和植物細胞的破碎。
（4）超音波破碎：利用液相剪下力破碎細胞。
機理：在超音波作用下液體發生空化作用，空穴的形成、增大和閉合產生極大的衝擊波和剪下力，使細胞破碎。
超音波破碎很強烈，適用於多數微生物的破碎，有效能利用率低，破碎過程產生大量的熱，對冷卻的要求相當苛刻，故不易放大，主要用於實驗室規模的細胞破碎。
影響因素：聲強、聲頻、溫度、時間、離子強度、pH、細胞類型。
化學和生物化學滲透（非機械法）
（1）酸鹼處理：調節pH值，改變蛋白質的荷電性質，提高產物的溶解度。
（2）化學試劑處理：用表面活性劑或有機溶劑（甲苯）處理細胞，增大細胞壁的通透性，降低胞內產物的相互作用，使之容易釋放。
（3）酶溶：利用溶解細胞壁的酶處理菌體細胞，使細胞壁受到部分或完全破壞後，再利用滲透壓衝擊等方法破壞細胞膜，進一步增大胞內產物的通透性。
酶溶的優點：操作溫和，選擇性強，酶能快速地破壞細胞壁，而不影響細胞內含物的質量，但缺點是酶的費用高，因而限制了它在大規模生產中的套用。
化學滲透法與機械破碎法相比：速度低，效率差，且化學或生化試劑的添加形成新的污染，給進一步的分離純化增添麻煩。但化學滲透法選擇性高，胞內產物的總釋放率低，可有效抑制核酸的釋放，料液粘度小，有利於後處理。
（2）化學試劑處理：用表面活性劑或有機溶劑（甲苯）處理細胞，增大細胞壁的通透性，降低胞內產物的相互作用，使之容易釋放。
（3）酶溶：利用溶解細胞壁的酶處理菌體細胞，使細胞壁受到部分或完全破壞後，再利用滲透壓衝擊等方法破壞細胞膜，進一步增大胞內產物的通透性。
酶溶的優點：操作溫和，選擇性強，酶能快速地破壞細胞壁，而不影響細胞內含物的質量，但缺點是酶的費用高，因而限制了它在大規模生產中的套用。
化學滲透法與機械破碎法相比：速度低，效率差，且化學或生化試劑的添加形成新的污染，給進一步的分離純化增添麻煩。但化學滲透法選擇性高，胞內產物的總釋放率低，可有效抑制核酸的釋放，料液粘度小，有利於後處理。
物理滲透法
（1）滲透壓衝擊法
將細胞置於高滲透壓的介質中，使之脫水收縮，達到平衡後，將介質突然稀釋或將細胞轉置於低滲透壓的水或緩衝溶液中，在滲透壓的作用下，外界的水向細胞內滲透，使細胞變得腫脹，膨脹到一定程度，細胞破裂，它的內含物隨即釋放到溶液中。
適用於不具有細胞壁或細胞壁強度較弱細胞的破碎。
（2）凍結-融化法
機理：一是在冷凍過程中會使細胞膜的疏水鍵結構破裂，從而增加細胞的親水性；二是冷凍時胞內水結晶形成冰晶粒，引起細胞膨脹而破裂。
操作：將細胞急劇凍結至-20℃～-15℃，使之凝固，然後在室溫緩慢融化，此凍結-融化操作反覆進行多次，使細胞受到破壞。
缺點：反覆凍融會使蛋白質變性，從而影響活性蛋白質的回收率。
凍結-融化法適用於比較脆弱的菌體。
將細胞置於高滲透壓的介質中，使之脫水收縮，達到平衡後，將介質突然稀釋或將細胞轉置於低滲透壓的水或緩衝溶液中，在滲透壓的作用下，外界的水向細胞內滲透，使細胞變得腫脹，膨脹到一定程度，細胞破裂，它的內含物隨即釋放到溶液中。
適用於不具有細胞壁或細胞壁強度較弱細胞的破碎。
（2）凍結-融化法
機理：一是在冷凍過程中會使細胞膜的疏水鍵結構破裂，從而增加細胞的親水性；二是冷凍時胞內水結晶形成冰晶粒，引起細胞膨脹而破裂。
操作：將細胞急劇凍結至-20℃～-15℃，使之凝固，然後在室溫緩慢融化，此凍結-融化操作反覆進行多次，使細胞受到破壞。
缺點：反覆凍融會使蛋白質變性，從而影響活性蛋白質的回收率。
凍結-融化法適用於比較脆弱的菌體。
