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03 第三章 微生物细胞的破碎.ppt

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本课件围绕胞内产物的释放展开:区分胞外酶、单细胞蛋白与胞内酶等产品形态,说明细菌、酵母菌、真菌细胞壁组成与破碎阻力的差异,介绍机械法、物理法、化学法、酶解法与干燥法及典型设备,并讨论破碎方法的选择原则与破碎率测定。

第3章微生物细胞破碎封面,中英文对照给出章标题 Chapter 3 Cell Disruption 与知识、重点、难点要求
第3章目录页,列出破碎技术概述、细胞壁组成与结构、破碎技术、破碎方法影响因素四节
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第1页:第3章 微生物细胞的破碎

第3章 微生物细胞的破碎(Chapter 3 Cell Disruption)

知识点
细胞壁的组成和结构,微生物细胞的破碎技术,破碎率的测定
重点
工业生产中常用几种细胞破碎方法的原理、操作过程与常用设备,并能结合生产实际合理选择
难点
常用破碎方法的合理选用

第2页:本章目录

  • 1 微生物细胞的破碎技术概述
  • 2 细胞壁的组成和结构
  • 3 微生物细胞的破碎技术
  • 4 破碎方法的影响因素

第3页:

第4页:微生物细胞破碎技术概述

1 微生物细胞的破碎技术概述:按产物存在位置可分为三类,是否破碎细胞取决于目标产物在胞内还是胞外。

  • 胞外产品:各种胞外酶、胞外多糖、细胞代谢物
  • 细胞本身:单细胞蛋白(SCP)
  • 胞内产品:碱性磷酸酯酶、基因工程产物、植物细胞产物等

第5页:

第6页:

第7页:细胞壁的组成和结构

2 细胞壁的组成和结构

  • 1. 细胞壁的组成和破碎阻力
  • 2. 细胞壁的结构

第8页:细胞壁的组成和破碎阻力

2.1 细胞壁的组成和破碎阻力

  • 细菌:肽聚糖、多糖、磷壁酸,主要阻力来自于肽聚糖的网状结构
  • 酵母菌:葡聚糖、甘露聚糖、蛋白质,主要阻力来自于壁结构交换的紧密程度和厚度
  • 真菌:多糖、蛋白质、脂类、葡聚糖、几丁质,主要阻力来自于壁强度和聚合物网状结构

第9页:细胞壁的结构

2.2 细胞壁的结构

  • 细菌的细胞壁
  • 酵母菌的细胞壁
  • 真菌的细胞壁

第10页:

第11页:返回:细胞壁组成与破碎阻力

back:返回“细胞壁的组成和破碎阻力”一节,继续比较细菌、酵母菌与真菌的破碎阻力来源。

第12页:返回:细胞壁结构讲解

back:返回微生物细胞壁结构图示,衔接后续破碎方法与设备的选用。

第13页:各种微生物细胞壁的结构与组成

本页图示各种微生物细胞壁的结构与组成差异,是判断破碎难易、选择破碎方法与设备强度的直接依据。

第14页:

第15页:微生物细胞破碎技术小节目录

3 微生物细胞的破碎技术

  • 1. 微生物细胞的破碎技术
  • 2. 常用的破碎技术
  • 3. 破碎方法的影响因素

第16页:微生物细胞的破碎技术

3.1 微生物细胞的破碎技术:破碎技术的实质是克服细胞壁与细胞膜的机械强度,使胞内目标产物释放到液相中,同时尽量保持产物活性。

第17页:细胞破碎主要方法

  • 机械法
  • 物理处理法
  • 化学法
  • 酶解法
  • 干燥法

第18页:细胞破碎机理图

细胞破碎机理图:机械剪切、固体剪切或压力骤降使细胞壁局部受拉、受压而破裂,胞内产物随之释放,破碎强度需与产物活性耐受性匹配。

第19页:机械破碎法与非机械法比较

本页比较机械破碎法与非机械破碎法:机械法破碎率高、可连续放大但放热明显、碎片细小;非机械法条件温和、选择性较好但成本高、处理量受限。

第20页:破碎技术的未来发展方向

  • ① 多种破碎方法相结合
  • ② 与上游过程相结合
  • ③ 与下游过程相结合

第21页:破碎方法选择原则

  • (1) 仅破坏或破碎存在目标生化物质的位置周围
  • (2) 选择性溶解目标生化物质

第22页:常用的破碎设备

3.2 常用的破碎设备

  • 机械法:研磨、匀浆器、组织捣碎法、压榨器
  • 物理处理法
  • 化学法
  • 酶解法
  • 干燥法

第23页:砂磨机

砂磨机:利用研磨介质与料液之间的剪切和摩擦作用实现细胞破碎,结构简单、适用于中小规模与高黏度物料。

第24页:高速珠磨机

高速珠磨机:搅拌盘带动玻璃珠高速运动,通过撞击与剪切破碎细胞,可连续操作、易放大,是工业上应用最广的机械破碎设备之一,但需控制破碎放热。

第25页:高压匀浆器

高压匀浆器:菌悬液在高压下通过均质阀,因压力骤降、撞击与空穴效应而破碎,适合酵母与细菌的大规模连续破碎。

第26页:撞击破碎器

撞击破碎器:高速射流撞击固定靶板产生强大冲击力使细胞破碎,结构简单、能耗较高,适用于处理量不大的场合。

第27页:电声超声波发生器

电声超声波发生器:利用超声波在液体中的空化效应破碎细胞,操作简便、适合实验室小规模处理,放大与散热是其主要限制。

第28页:破碎方法的影响因素

  • 细胞的数量
  • 破碎条件
  • 破碎目标

第29页:破碎率的测定

破碎率的测定

  • 1. 直接测定法:镜检计数或粒度分析直接观察完整细胞比例
  • 2. 测定释放的蛋白质量或酶的活力:以胞内标志物释放量表征破碎程度

第30页:包含体的破碎

5. 包含体的破碎

  • 包含体定义:胞内错误折叠蛋白聚集形成的不溶性颗粒
  • 包含体中目标蛋白的制备步骤:分离包含体、洗涤、溶解变性、复性
  • 蛋白质的复性操作方法:透析、稀释、柱上复性等
  • 提高目标蛋白质复性效率的对策:控制蛋白浓度、氧化还原环境、添加助溶剂与分子伴侣

第31页:本章作业

作业:可从下列方法中任选一种:

  • 1. 高速湿法珠磨 2. 高压匀浆 3. 超声波破碎 4. 组织捣碎 5. 酶解 6. 自溶 7. 化学溶胞 8. 渗透压冲击 9. 冻结—融化 10. 干燥 11. 撞击破碎

每人请任选一种破碎方法,通过若干个典型实例来详细分析说明工艺流程、工艺成败关键点、操作方法及其原理、破碎的实际效果,并列出中英文参考文献。

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