细胞分离与破碎
生物分离工程5(细胞破碎技术)
01
02
03
04
生物制药
用于提取和分离药物、蛋白质 、酶等生物制品。
食品工业
用于提取植物和动物细胞中的 营养成分，如植物油、动物蛋
白等。
环境科学
用于处理废水中的有害物质， 如重金属、有机污染物等。
农业领域
用于提取植物细胞中的有用成 分，如植物激素、天然色素等
。
02
细胞破碎技术的基本原理
物理法
01
表面活性剂法
利用表面活性剂改变细胞 壁的通透性，使细胞内容 物释放出来。
有机溶剂法
利用有机溶剂如丙酮、乙 醇等溶解细胞壁，使细胞 内容物释放出来。
生物法
酶解法
利用酶如溶菌酶、蛋白酶等将细胞壁分解，使细胞内容物释 放出来。
细菌分泌的蛋白酶
利用某些细菌分泌的蛋白酶将细胞壁分解，使细胞内容物释 放出来。
细胞破碎技术的历史与发展
最早的细胞破碎技术可以追溯到19世纪末，当时人们开始使用机械研磨法破碎细胞。
随着科技的发展，出现了多种新型的细胞破碎技术，如超声波破碎、高压均质破碎、 化学渗透压破碎等。
近年来，随着生物技术的快速发展，细胞破碎技术也在不断改进和完善，以满足更 高效、环保和低成本的需求。
细胞破碎技术的应用领域
细胞破碎过程需要消耗大量的能量，这可能导致生产成本的增
加。
可能引起样品污染
02
在破碎过程中，如果设备或条件控制不当，可能会引起样品的
交叉污染或样品中原有成分的降解。
对细胞的损伤
03
高强度的破碎条件可能会对细胞内部结构造成损伤，影响后续
的分离和提取过程。
04
细胞破碎技术的应用案例
在制药行业中的应用
第2章 细胞分离与破碎
BIOSEPARATION ENGINEERING
另外，向含菌体的料液中加入聚丙 另外，向含菌体的料液中加入聚丙 烯酰胺或聚乙烯亚胺等高分子絮凝 烯酰胺或聚乙烯亚胺等高分子絮凝 剂，可使菌体之间产生架桥作用而 形成较大的凝聚颗粒。 形成较大的凝聚颗粒。 凝聚或絮凝不仅有利于重力沉降， 凝聚或絮凝不仅有利于重力沉降， 而且还可以在过滤分离中大大提高 过滤速度和质量。 过滤速度和质量。当培养液中含有 蛋白质时． 蛋白质时．可使部分蛋白质凝聚而 同时过滤除去。 同时过滤除去。
1）对滤液进行絮凝或凝聚预处理，改变料液性质 2）在料液中加入助滤剂（如硅藻土）
2 细胞破碎
概述： 概述：
BIOSEPARATION ENGINEERING
许多生物产物在细胞培养过程中不能分泌到胞 外的培养液中，而保留在细胞内。 外的培养液中，而保留在细胞内。 这类生物产物需用上节所述方法收集菌体或细 胞后，进行细胞破碎(cell disruption)，使目 胞后，进行细胞破碎 ， 标产物选择性地释放到液相中。 标产物选择性地释放到液相中。 破碎的细胞或其碎片利用上节所述的固液分离 方法(主要是离心法 除去后， 主要是离心法)除去后 方法 主要是离心法 除去后，上清液用于进一 步的分离纯化。 步的分离纯化。
BIOSEPARATION ENGINEERING
1.3 过滤
利用薄片形多孔性介质(如滤布)截留固液悬 浮液中的固体粒子，进行固液分离的方法 过滤是一种膜分离法
BIOSEPARATION ENGINEERING
滤液的透过阻力主要来自于：过滤介质和介 质表面堆积的滤饼 滤饼阻力是影响过滤速度的主要因素 提高过滤速度方法：
BIOSEPARATION ENGINEERING
第四章 细胞破碎和分离技术
（一）双水相分离技术 1、双水相体系简介
1896年，荷兰微生物学家Beijerinck发现
明胶
琼脂（或可溶性淀粉）
传统的双水相体系是指高聚物双水相体系
憎水程度有所差异
2、常用双水相体系 （1）聚乙二醇(PEG)/葡聚糖； （2）聚乙二醇(PEG)/盐相（硫酸盐或者磷酸盐）
聚乙二醇(PEG) 无毒、无刺激性，具有良好的水溶性
洋葱质壁分离
2、冷冻-融化法
（1）方法：将细胞放在低温下冷冻，然后在 室温中融化，反复多次而达到破壁作用。
（2）原理：一方面破坏细胞膜的通透性，另 一方面胞内水结晶，形成冰晶粒，细胞液浓度 增高引起细胞溶胀而破裂。
大肠杆菌：可用液氮/37℃反复冻融法破壁
适用于细胞壁较脆弱的菌体，需反复 多次，速率慢，产量低，在冻融过程 中可能引起某些蛋白质变性。
举例
珠磨法 固体剪切作用 便宜 大规模处理
高压匀浆法 液体剪切作用 适中 大规模处理 超声波法 液体剪切作用 昂贵 小规模处理
（二）物理法 1、渗透压冲击法 2、冷冻-融化法
1、渗透压冲击法（最温和）
将细胞放在高渗溶液中（如高浓度蔗糖溶液），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，将细胞转入水或低渗缓冲 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。 仅适用 2、酸处理 3、化学试剂法
1、碱处理 pH值=11.5---12.5碱处理可导致细胞溶解。
优点：价格便宜，适于任何规模 的操作，易使蛋白使活。
2、酸热法
盐酸对细胞壁中的某些成分（主要是多糖和 蛋白质）的水解作用，使细胞壁结构变疏松， 同时经沸水浴处理，细胞吸水膨胀破裂。
缺点：破壁效果差，后续处理难除HCl。
生物分离工程总复习题
生物分离工程总复习题第一章绪论复习题1.生物分离工程在生物技术中的地位？在生物技术领域，通常将生物产品的生产过程称作生物加工过程，包含优良生物物种的育种、基因工程、细胞工程、生物反应过程（酶反应、微生物发酵、动植物细胞培养等）及目标产物的拆分提纯过程，后者又称作下游加工过程。
生物产物的特殊性、复杂性和对生物产品要求的严格性。
因此导致下游加工过程的成本往往占整个生物加工过程成本的大部分。
生物拆分工程研究的根本任务：设计和优化拆分过程，提升拆分效率，增加拆分过程步骤，延长拆分操作方式时间，达至提升海口收率与活性、降低生产成本的目的。
生物拆分工程的特点就是什么？1．产品丰富产品的多样性导致分离方法的多样性2．绝大多数生物分离方法来源于化学分离3．生物分离一般比化工分离难度大3.生物拆分工程可以分成几大部分，分别包含哪些单元操作方式？生物拆分过程通常分后四步：1.固-液拆分（不溶物的除去）Vergt、过滤器、细胞碎裂目的就是提升产物浓度和质量2.铀（杂质斯维恰河）离子交换吸附、萃取、溶剂萃取、反胶团萃取、超临界流体萃取、双水相萃取以上分离过程不具备特异性，只是进行初分，可提高产物浓度和质量。
3．纯化色谱、电泳、结晶以上技术具有产物的高选择性和杂质的去除性。
4．精制结晶、干燥在设计下游分离过程前，必须考虑哪些问题方能确保我们所设计的工艺过程最为经济、可靠？（1）产品价值（2）产品质量（3）产物在生产过程中发生的边线（4）杂质在生产过程中发生的边线（5）主要杂质独有的物化性质就是什么？（6）相同拆分方法的技术经济比较上述问题的考虑将有助于优质、高效产物分离过程的优化。
5.生物分离效率有哪些评价指标？目标产品的浓缩程度――浓缩率m2．目标产物的拆分提纯程度――拆分因子或拆分系数α3．回收率rec第二章细胞分离与破碎复习题1．简述细胞破碎的意义一、细胞破碎的目的由于存有许多生化物质存有于细胞内部，必须在提纯以前将细胞碎裂，并使细胞壁和细胞膜受相同程度的毁坏（减小通透性）或碎裂，释放出来其中的目标产物，然后方可展开抽取。
分离细胞器常用的方法
分离细胞器常用的方法
分离细胞器常用的方法有以下几种：
1. 细胞破碎法：将细胞破碎，使得细胞器释放出来。
常用的方法包括机械破碎、超声破碎和液氮冷冻破碎等。
2. 差速离心法：通过差速离心，根据细胞器的大小和密度的不同，将其分离出来。
常用的差速离心法有差速离心、密度梯度离心和梯度离心等。
3. 亲和纯化法：利用特定染色剂或抗体与目标细胞器结合，然后通过凝胶过滤或亲和层析等方法，将目标细胞器从混合物中分离纯化。
4. 细胞器标记法：通过将细胞器标记上特定的荧光染料或放射性标记物，然后使用荧光显微镜或放射性探测技术，对细胞器进行定位和分离。
5. 电泳法：根据不同细胞器的电荷、大小和形状等特性，利用电场将其分离出来。
常用的电泳方法有凝胶电泳、等电聚焦电泳和免疫电泳等。
这些方法可以单独使用，也可以结合使用，根据需要选择适合的方法进行细胞器的分离和纯化。
第三章 细胞的破碎与分离
细菌细胞壁结构
几乎所有细菌的细胞壁都是 由肽聚糖组成，它是难溶性 的聚糖链； 相邻聚糖链上的短肽又交叉 相联，构成了细胞壁的三维 网状结构，包围在细胞周围； 使细胞具有一定的形状和强 度。
第三章 细胞的破碎与分离
本章的主要内容
常见的细胞壁结构
细胞破碎技术
包涵体的纯化方法
概述
• 不同类型的细胞分泌目标产物的类型：
• 动物细胞多分泌到细胞外培养液 • 植物细胞多为胞内产物 • 微生物（细菌/酵母/真菌）胞内、胞外， 对于胞内产物需要收集菌体或细胞进行破 碎。
概述 • 大多数情况下，抗生素，胞外酶，一些 多糖，及氨基酸等目标产物存在于发酵 液中。 • 有些目标产物存在于生物体中。
在微生物代谢过程中，大多数都能产生一种能水 解细胞壁上聚合物的酶，以便生长过程继续下去。 自溶作用：改变其生长环境（温度、ｐＨ、缓冲 液），可以诱发产生过剩的这种酶或激发产生其 它的自溶酶，以达到自溶目的。 缺点是：易引起所需蛋白质的变性，自溶后细胞 悬浮液粘度增大，过滤速度下降。
超声波破碎的适用范围
超声波破碎是很强烈的破碎方法，适用于多数微生物 的破碎。 一般杆菌比球菌易破碎，G-细菌比G+细菌易破碎，对 酵母菌的效果较差。 但超声波产生的化学自由基团能使某些敏感性活性物 质失活。 超声波破碎的有效能量利用率极低 由于对冷却的要求相当苛刻，所以不易放大，但在实 验室小规模细胞破碎中常用。
化学破碎
酶促破碎
一 机械法
机械破碎法又可分为： 高压匀浆破碎法（homogenization） 高速珠研磨破碎法（bead grinding）
细胞的分离和破碎
CLICK HERE TO ADD A TITLE
CONTENTS
2.1 发酵液的预处理
壹
请在此添加较简洁标题内容
贰
请在此添加较简洁标题内容
去除发酵液中部分杂质，以利于后续各步操作 杂质中影响最大的是高价无机离子和杂蛋白等
预处理的具体方法
高价无机离子的去除方法
去除钙离子：通常使用草酸。但由于草酸溶解
度较小，不适合用量较大的场合。
去除镁离子：加入三聚磷酸钠，与镁离子形成络合物。
用磷酸盐处理，也能大大降低钙离子和镁离子的浓度。例如：环丝氨酸的提取。
去除铁离子: 加入黄血盐，使其形成普鲁士蓝沉淀而除去。
杂蛋白质的除去 沉淀法 盐析 调节pH→pI 吸附法 加入吸附剂或沉淀剂 变性法 加热，大幅度调节pH，加有机溶剂或表面活性剂等。
胶体双电层的构造
絮凝
指在某些高分子絮凝剂存在下，在悬浮粒子之间发生架桥作用而使胶粒形成粗大（10mm）的絮凝团的过程。
絮凝剂的分类
根据活性基团在水中解离情况的不同，絮凝剂可分为非离子型、阴离子型和阳离子型三类。 根据其来源的不同，工业上使用的絮凝剂又可分为如下三类：
絮凝效果与絮凝剂的分子量和类型、加量，溶液的pH，搅拌速度和时间等因素有关。
3. 机械破碎法与非机械法的比较
比较项目
机械法
非机械法
破碎机理
切碎细胞
溶解局部壁膜
碎片大小
细小
较大
内含物释放
全部
部分
黏度
高（核酸多）
低（核酸少）
时间，效率
时间短，效率高
第三章细胞分离与破碎蛋白质复性
第二节 细胞分离
2.2 离心分离设备： ①实验室用离心机：离心管式转子离心机
特点：间歇式操作
各种形式的离心机转子
第二节 细胞分离
②工业用离心机：管式离心机， 碟片式离心机 特点：可连续操作
管式离心机
管式离心机能澄清及分离流体物质，被应用于化学、生物化学、 制药、血浆等研究领域。设备简单，分离效率高；但生产能力 较小。
第二节 细胞分离
3 过滤（Filtration）
①定义——利用多孔性介 质截留悬浮液中的固体粒 子，进行固液分离的方法。
第二节 细胞分离
②过滤前处理 通常发酵液的黏度大，其中的微生物体
积小，造成过滤的困难 在过滤前，一般需对料液进行絮凝或凝
聚等预处理，此外可添加助滤剂提高过 滤速度。
第二节 细胞分离
蛋白质
孔蛋白 类脂A (Lipid A)
(脂多糖)
脂蛋白
磷脂分子
第三节 细胞质尽量少地 释放出来，并尽量降低细胞的破碎程度，有利 于下游分离纯化。
第三节 细胞破碎
4 细胞破碎技术 4.1 机械破碎：
原理：细胞在机械作用力下受到压缩和剪切而 破碎。 细胞越小，所需压缩或剪切力越大，越难破碎。 优点：处理量大、效率高、速度快，是工业规 模的主要手段
碟式离心机
碟式离心机是沉降式离心机中的一种，用于分离难分离的 物料（例如粘性液体与细小固体颗粒组成的悬浮液或密度 相近的液体组成的乳浊液等）。碟式分离机是应用最广的 沉降离心机。 碟式离心机可以完成两种操作：(1)液-固分离，称澄清操 作；(2)液-液（或液-液-固）分离（即乳浊液的分离），称 分离操作。
革兰氏阳性细菌的细胞壁结构
革兰氏阳性（G+） 细菌的细胞壁具有 较厚（30-40nm） 而致密的肽聚糖层， 多达20层
生物分离工程练习题
生物分离工程练习题《生物分离工程》练习题绪论1.生物分离过程包括目标产物的提取、浓缩、纯化。
2.生物分离过程的显着特点是什么？1、条件温和2、安全性、卫生性要求高3、方法需要具有高选择性4、对原料高度浓缩3.评价一个分离过程的效率主要有三个标准，目标产物的浓缩程度、分离纯化程度、回收率。
4.图中F表示流速，c表示浓度；下标T和X分别表示目标产物和杂质。
C、P和W分别表示原料、产品和废料。
写出产品浓缩率m、分离因子α、回收率REC的计算公式。
书本第九页第一章细胞分离与破碎1.在细胞分离中，细胞的密度ρ越大，细胞培养液的密度ρ越小，则细LS胞沉降速率越大。
2.过滤中推动力要克服的阻力有过滤介质阻力和滤饼阻力，其中滤饼占主导作用。
3.B可以提高总回收率。
A.增加操作步骤B.减少操作步骤C.缩短操作时间D.降低每一步的收率4.重力沉降过程中，固体颗粒不受C的作用。
A.重力B.摩擦力C.静电力D.浮力5.过滤的透过推动力是 D 。
A.渗透压B.电位差C.自由扩散D.压力差6.在错流过滤中，流动的剪切作用可以B。
A.减轻浓度极化，但增加凝胶层的厚度B.减轻浓度极化，但降低凝胶层的厚度C.加重浓度极化，但增加凝胶层的厚度D.加重浓度极化，但降低凝胶层的厚度．7.重力沉降过程中，固体颗粒受到重力，浮力，流体摩擦阻力的作用，当固体匀速下降时，三个力的关系平衡8.撞击破碎适用于D的回收。
A.蛋白质B.核酸C.细胞壁D.细胞器9.区带离心包括差速区带离心和平衡区带离心。
10.管式和碟片式离心机各自的优缺点。
管式，优点:离心力较大缺点：沉降面积小，处理能力降低碟片式，优点：沉降面积大缺点：转速小，离心力较小11.单从细胞直径的角度，细胞直径越小，所需的压力或剪切力越大，细胞越难破碎12.细胞的机械破碎主要方法有高压匀浆、珠磨、喷雾撞击破碎、超声波破碎13.细胞的化学破碎技术包括酸碱处理、酶溶、化学试剂处理。
第二章初级分离1.防止蛋白质沉淀的屏障有蛋白质周围水化层和双电层。
细胞器的分离方法
细胞器的分离方法1.细胞获取：首先需要获取细胞样品，可以是从动物或植物组织中获得的细胞，也可以是培养细胞。
获得细胞样品后，可以通过离心等方法将细胞分离出来。
2.细胞破碎：将获得的细胞样品放入细胞破碎缓冲液中，并使用机械或化学方法破碎细胞膜，释放细胞器。
3.离心分离：将细胞破碎液进行离心，以分离不同大小和密度的细胞器。
离心通常使用超高速离心机，根据不同细胞器的离心速度和时间来实现分离。
4.纯化和分析：将离心分离的细胞器进行纯化和分析。
纯化方法通常包括悬浮液密度梯度离心、膜过滤、离子交换色谱、凝胶过滤等技术。
分析方法可以是电镜观察、质谱分析、蛋白质组学等。
以下是一些常用的细胞器分离方法：超高速离心法：是最常用的细胞器分离方法之一、该方法利用离心力将不同大小和密度的细胞器沉积到不同的位置。
细胞破碎液被离心数次，每次离心的速度和时间都不同，以分离不同的细胞器。
悬浮液密度梯度离心法：该方法使用悬浮液密度梯度将细胞器分离。
悬浮液由不同密度的溶液组成，使得不同密度的细胞器可以沉降到合适的位置。
该方法适用于体积较大的细胞器，如线粒体和高尔基体。
膜过滤法：该方法使用膜过滤器将细胞器分离。
膜过滤器有不同的孔径大小，通过选择合适的孔径，可以分离不同大小的细胞器。
这个方法操作简单，但限制了分离的准确性和纯度。
离子交换色谱法：该方法通过利用离子交换材料吸附不同电荷的细胞器，来实现分离。
离子交换材料通常是带电的小颗粒，可以通过吸附和洗脱过程将细胞器分离出来。
凝胶过滤法：该方法使用凝胶过滤器将细胞器分离。
凝胶过滤器通常是由特定孔径的聚合物凝胶制成，可以根据孔径选择来分离不同大小的细胞器。
该方法操作简便，但也有一定的分离效率限制。
总之，细胞器的分离方法是通过根据细胞器的大小、密度、电荷等特性，利用不同的技术手段将其分离出来，以研究其结构和功能。
这些方法在细胞生物学、生物医学研究和药物开发中发挥着重要的作用。
生物分离工程第四章细胞破碎课件ppt
药物生产
在制药工业中，细胞破碎 技术可用于生产各种药物， 如抗生素、疫苗等。
基因工程
细胞破碎是基因工程中的 重要步骤，通过破碎细胞， 可以分离出基因表达产物。
在食品工业领域的应用
பைடு நூலகம்食品添加剂
利用细胞破碎技术，可以 从天然原料中提取出食品 添加剂，如植物色素、天 然香料等。
低温破碎法
总结词
利用低温下细胞膜的通透性增加和脆性增加而破碎
详细描述
低温破碎法是在低温下进行细胞破碎的方法。在低温下，细胞膜的通透性增加， 脆性也增加，因此容易受到外力的破碎。该方法对细胞内物质损伤较小，但需要 控制好温度和时间，以避免对细胞内物质造成不良影响。
03
非机械法细胞破碎
渗透压冲击法
压差循环破碎法
总结词
利用压力差使细胞通过狭窄通道时受到 挤压而破碎
VS
详细描述
压差循环破碎法是利用压力差使细胞通过 狭窄的通道或阀门时受到挤压而破碎。在 高压下，细胞受到较大的流体剪切力和挤 压力，导致细胞壁破裂。该方法破碎效率 较高，适用于大规模生产，但对细胞内物 质损伤较大，且需要针对不同细胞类型选 择合适的压力和循环速度。
化学法
总结词
利用化学试剂与细胞膜发生反应的方法
详细描述
通过使用某些化学试剂，如酸、碱、有机溶剂等，与细胞膜 发生反应，破坏细胞膜的结构和功能，从而使细胞内容物释 放。化学法具有操作简便、适用范围广等优点，但可能会对 细胞造成一定的损伤。
04
细胞破碎的应用
在生物制药领域的应用
01
02
03
蛋白质提取
与纳米技术的结合
第四章 细胞破碎和分离技术
（2）有机溶剂法
有机溶剂能溶解细胞壁的脂类，从而改变细 胞通透性。
（3）表面活性物质
能溶解膜结构中的脂蛋白，使细胞通透性增加。
化学法的优缺点 优点 细胞外形保持完整，碎片少，浆液粘度低，
易于固液分离和进一步提取。
①通用性差； 缺点 ②时间长，效率低，一般胞内物质释放率 不超过 80％。 ③有些化学试剂有毒，后续工作需设法分 离除去。
纳豆激酶
1980年，日本心脑血管专家须见洋行博士， 从事溶解血栓药物研究工作
“下午两点半”实验 下午两点半：纳豆提取物加入到人工 血栓中；
下午五点半：血栓溶解2厘米
纳豆的制作
1、泡豆蒸豆
大豆，加水浸泡一夜后，蒸烂。
2、接种纳豆菌
纳豆菌用热水溶解后，加入到大豆中，搅拌均匀，分装。
3、在恒温下发酵14-36小时 4、后熟（活菌低温休眠）
洋葱质壁分离
2、冷冻-融化法
（1）方法：将细胞放在低温下冷冻，然后在 室温中融化，反复多次而达到破壁作用。 （2）原理：一方面破坏细胞膜的通透性，另 一方面胞内水结晶，形成冰晶粒，细胞液浓度 增高引起细胞溶胀而破裂。
大肠杆菌：可用液氮/37℃反复冻融法破壁
适用于细胞壁较脆弱的菌体，需反复 多次，速率慢，产量低，在冻融过程 中可能引起某些蛋白质变性。
（二）膨胀床分离技术
1、膨胀床的定义
（1）固定床：又称填充床，填充的固体物通常呈 颗粒状，堆积成一定高度的床层。床层静止不动， 流体通过床层进行分离纯化。 （2）流化床：当流体通过床层的速度逐渐提高到 某值时，填料颗粒出现松动，颗粒间空隙增大，床 层体积出现膨胀，但是颗粒仍逗留在床层内而不被 流体带出。床层的这种状态和液体相似称为流化床
（5）柱床的再生和清洗
2复件 3细胞的破碎与分离
2.细胞破碎方法的分类：
机械法
酶法 化学法 物理法 后面将作详细介绍。
（1）机械法 匀浆法 研磨法 细胞通过高的机械剪切力被破坏。 热量的产生是该法的一个缺点。 不容易规模放大: 如果一种方法可以在实验室规模下操作， 我们并不知道这种方法在大规模生产中是否可 行。所以，这部分内容主要作为实验的指导， 而不是工程分析。
（3）表面活性剂法 疏水基团将溶解的脂蛋白包在中心， 亲水基团在外，膜的通透性改变而溶解。 适用于与膜相结合的酶的溶解。
7.物理法
（1）渗透压冲击法 细胞经高渗溶液使之脱水收缩， 然后转入水或缓冲液， 渗透压突然变化，细胞快速膨胀而破裂。 为各种破碎方法中最温和的，适用于易破 碎的细胞。 如：溶血现象。
3.2 细胞破碎理论
1.细胞的破碎
压撞
剪切
渗透
冻胀
破壁破膜
（1）剪切力F 假定细胞直径为d(m)，维持球体所需的 综合维持力为(N/m)，则破碎细胞所需F(Pa)为：
如利用流体剪切力(Pa)的作用，则在 牛顿流体中：
则破碎细胞的速度梯度为：
du 4 dy d
意义：细胞直径，所需压力或剪切力， 破碎难度。
3.7 细胞破碎的评价 1.破碎率定义：
N0：原始细胞数 N：破碎后残存的正常细胞 N0和N的可通过直接计数和间接计数法得到。
2.直接计数法 （1）方法 样本稀释 --染色 --- 上样 --- 计数
（2）优点：方法简单。 （3）缺点： ①计数时间长 ②只有活细胞才被计数，误差大 ③细胞聚集时，不利计数 ④染色误差。
不少情况下，产物不在发酵液中，而 是包裹在生物体内，属胞内产物。 尤其是由基因工程菌产生的大多数蛋 白质不会被分泌到发酵液中，而是在细胞 内沉积。 脂类物质和一些抗生素也是包含在生 物体中。不少情况下，产物还是包裹在生 物体内，属胞内产物。
叶绿体分离的原理
叶绿体分离的原理
叶绿体分离的原理是基于叶绿体的特殊性质和细胞分离的技术。
叶绿体是植物细胞中的特殊细胞器，具有独特的叶绿素色素和其他光合作用所需的酶系统。
通过叶绿体分离，可以获得高纯度的叶绿体提取物，用于研究和应用。
叶绿体分离的步骤通常包括以下几个关键的操作：
1. 细胞破碎：首先要将植物组织碾磨或切割，使细胞破碎，释放叶绿体。
这个过程可以通过离心来促进细胞破碎。
2. 离心分离：将细胞破碎液进行离心，以分离固体细胞碎片和液体部分。
在离心的过程中，叶绿体会因为其较大的密度和体积而沉降到离心管的底部。
3. 悬浮液清洗：将沉降的叶绿体上清液倒掉，并用含有缓冲液的悬浮液重新悬浮叶绿体沉淀。
4. 二次离心：再次进行离心，以去除悬浮液中的其他细胞碎片和杂质。
此步骤可重复多次，以获得更纯净的叶绿体。
5. 最终悬浮液：将悬浮液中的叶绿体上清液收集起来，即可得到高纯度的叶绿体提取物。
需要注意的是，叶绿体分离的过程中要注意保持低温和光照条件，以避免叶绿体的损伤和色素的氧化。
另外，选择合适的缓冲液和悬浮液对于分离纯化叶绿体也非常重要。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
vg
0.27[
dP (S L )g L
Re0.6 ]0.5
3湍流区：Newton公式 103<Re<2×105
沉降速度
vg
1.74[
dP (S L )g ]0.5 L
BIoseparatIon EngIneerIng
一般而言单体细胞直径小、沉降速度很低，满足
10-4<Re<1，可使用
vg
重力
Fg
1 6
d
3 P
S
g
浮力
Fb
1 6
d
3 P
L
g
阻力
FS
ζLvg2
×
d
2 P
24
ζ dP2Lvg2
8
BIoseparatIon EngIneerIng
1.滞留区：stokes方程 10-4<Re<1
沉降速度
vg
dP2 (S L )g 18L
2.过渡区：Allen公式 1<Re<103
沉降速度
BIoseparatIon EngIneerIng
本章节重点： 离心沉降公式的推导及应用； 离心设备的分类及工作原理； 细胞破碎一般方法及原理。
BIoseparatIon EngIneerIng
概述
通过微生物发酵或动植物细胞培养得到的原料液，应首先 将其中的菌体或细胞与培养液分离。
如果目标产物为胞外物，可直接利用培养液进行以后的分 离纯化操作；如果目标产物为胞内物，则要对菌体或细胞 进行适当的处理，释放目标产物，然后除去细胞或其碎片， 再进行目标产物的分离纯化。
本章介绍细胞分离、目标产物释放以及蛋白质复性的主要 方法和原理。
1 细胞分离
BIoseparatIon EngIneerIng
1.1重力沉降
重力沉降在化工操作过程中常用的气-固、 液-固和液-液分离手段，在生物分离过程中 亦有较多的应用
BIoseparatIon EngIneerIng
以液固沉降为例，重力沉降过程中固体颗粒受 到重力、浮力和阻力的作用。
因此，实用上需使菌体细胞凝聚成较 大颗粒后进行沉降操作，提高沉降速 度。在中性盐的作用下，可使菌体表 面双电层排斥电位降低，有利于菌体
之间产生凝聚。
BIoseparatIon EngIneerIng
另外，向含菌体的料液中加入聚丙 烯酰胺或聚乙烯亚胺等高分子絮凝 剂，可使菌体之间产生架桥作用而 形成较大的凝聚颗粒。
1.2.3.离心分离设备
实验室一般用转子离心机。
按速度分为低速离心机、高速离心机、超 离心机。
BIoseparatIon EngIneerIng
工业离心分离设备中，较为常用的有管式和碟片式 两大类.
管式离心机工作原理：在离心力作用下．管内液面 旋转轴为中心圆筒，将轻相（清液）和重相分离开 来。缺点是沉降面积小．处理能力较低。
dP2 (S L )g 18L
公式计算
当颗粒浓度较大时，颗粒之间相互碰撞相干扰，
影响沉降速度。此时，颗粒的沉降速度比单一颗
粒小，需用空隙率函数f (ε):
vg'
vg
1 校正
f (ε)
f (ε) ε4.65 为悬浮液的空隙率
BIoseparatIon EngIneerIng
菌体和动植物细胞的重力沉降虽然简 便易行，但菌体细胞体积很小，沉降 速度很慢。
两者的区别在于溶质的密度梯度中的与待分离物质的 密度梯度不一样。
BIoseparatIon EngIneerIng
区带离心法可用于蛋白质、核酸等 生物大分子的分离纯化，但处理量 小，一般仅限于实验室水平。
20世纪60年代人们开发了区带转子， 利用其代替离心管，可增加处理能 力。
BIoseparatIon EngIneerIng
注意：科技文献中常将g等)表示．就是将离心力用
Zg形式表达的。将 stokes公式中的g用Zg代替，
得到离心沉降速度vs公式：
vs
2 2dP2 (S 9L
L )N2r
或者：
BIoseparatIon EngIneerIng
需要注意的一个公式：
室温下（20℃）某物质在水中的沉降系数：
S W , 20
S0 W , 20
1 kc
一些蛋白质的沉降系数表
BIoseparatIon EngIneerIng
1.2.2 离心分离法
（1）差速离心分级
差速离心(Differential centrifugation)是生物化工 最常用的离心分离方法。
以菌体细胞的收集或除去为目的的固液 离心分离是分级离心操作的一种特殊情 况，即为一级分组分离。
凝聚或絮凝不仅有利于重力沉降， 而且还可以在过滤分离中大大提高 过滤速度和质量。当培养液中含有 蛋白质时．可使部分蛋白质凝聚而 同时过滤除去。
BIoseparatIon EngIneerIng
1.2 离心沉降
离心沉降是科学研究与生产实践中最 广泛使用的非均相分离手段，不仅适 用于菌体和细胞的回收或除去，而且 可用于血球、胞内细胞器、病毒以及 蛋白质的分离．也广泛应用于液---液 相分离。
BIoseparatIon EngIneerIng
一般管式离心机的工作参数：
BIoseparatIon EngIneerIng
碟片式离心机又称板式离心机，离心转子中 有许多等间隔的碟型分离板，以增大沉降面 积和提高处理能力。
操作过程，料液从中心进料口输入，通过转 子底部的液孔进入分离板外径处，进入分离 板的间隙。通过分离板的间隙向转子中心移 动过程中，重相受离心力作用而沉降，轻相 从转子上部出口排出。连续操作时，重相从 喷嘴连续喷出。
BIoseparatIon EngIneerIng
1.2.1 离心沉降速度
单位质量的物质所受到的离心力为：
其中N为转速，r为离心机半径
离心设备的一个重要技术指标是：所 能达到的离心力与重力的比值，称为 分离因数。分离因数是衡量离心程度 的参数r用z表示：
BIoseparatIon EngIneerIng
BIoseparatIon EngIneerIng
一些菌体细胞的大小和离心操作条件
BIoseparatIon EngIneerIng
BIoseparatIon EngIneerIng
(2)区带离心
区带离心是生化工程中的重要分离手段，根据离心操 作条件不同，又分差速区带离心和平衡区带离心。
两种区带离心法均事先在离心管中用某种低分子溶质 (如蔗糖溶液）调配好密度梯废，在密度梯度之上加待 处理的料液进行离心操作。