细胞破碎技术的基本概念及其基本方法-1
生物分离是从生物材料、微生物的发酵液、生物反应液或动植物细胞的培养液中分离并纯化有关产品（如具有药理活性作用的蛋白质等）的过程，又称为下游加工过程。生物分离过程的主要特点:常无固定操作方法可循,生物材料组成非常复杂,分离操作步骤多，不易获得高收率,培养液（或发酵液）中所含目的物浓度很低，而杂质含量却很高,分离进程必须保护化合物的生理活性,生物活性成分离开生物体后，易变性、破坏,
基因工程产品，一般要求在密封环境下操作。生物分离的一般工艺流程：
发酵液→预处理→细胞分离→（ 细胞破碎→细胞碎片分离
）→初步纯化→高度纯化→成品加工的过程，而胞内产物需经细胞破碎，细胞碎片分离等步骤；胞外产物则将细胞去除后，对余下的液体即可进行初步纯化。在生物分离技术中细胞的破碎应用非常的广泛，尤其在生物技术迅猛发展的今天更是不可小视。
组织细胞的破碎方法很多，有机械方法、物理方法、化学方法和生物化学方法等。在破碎前，材料常需要预处理，如动物材料要除去与实验无关甚至有妨碍的结缔组织，脂肪组织和血污等，植物种子需要除壳，微生物材料需将菌体和发酵液成分分开等。不同实验规模、不同实验材料和实验要求，使用的破碎方法和条件也不同。一些坚韧组织，如肌肉、植物的根茎等，常需要强烈的搅拌或研磨作用，才能把其组织细胞破坏。而比较柔软的组织如肝、脑等，用普通的玻璃匀浆器即可达到完全破坏细胞的目的
破碎技术中细胞破碎法包括
机械法和非机械法．机械法又包括高压匀浆、高速珠磨、超声波破碎等方法。非机械法包括化学法、酶解法、渗透压冲击法、冻结融化法、干燥法。细胞壁的结构和破碎方法都会对细胞破碎产生影响。了接细胞壁的组成对于选择破碎方法非常重要。在微生物中各种生物的细胞虽小但是每一种都有其特有的组成方式。例如：细菌球菌直径0.5-1um杆菌直径0.5-1um
，长为直径1-几倍螺旋菌直径03-1um，长1-50um 细菌大小也不是一成不变的细胞重量10-13-10-12g
，每g细菌基本结构是细胞不变部分，每个细胞都有，如细胞壁、膜、核。特殊结构是细胞可变部分，不是每个都有，如鞭毛、荚膜、芽孢。革兰氏阳性菌和阴性菌细胞壁的主要组成也是不同的，因而对细胞破碎的影响也不一样革兰氏阳性菌的细胞壁主要由肽聚糖层（约20－80nm）组成
，而革兰氏阴性菌肽聚糖层较薄，仅2－3nm，在肽聚糖层外还有两层外壁层。外壁层约8－10nm，所以革兰氏阳性菌细胞壁较厚，较难破碎。对于霉菌来说
霉菌的细胞壁较厚，约100－250nm。酵母菌酵母的细胞壁比革兰氏阳性菌的细胞壁厚，更难破碎。
植物细胞培养物产生的次生代谢物通常在液泡内浓集,而不释放到培养基中.为了回收这类产物,必需破碎细胞,这是一种不能由培养物进一步生产产物的高价方法.由植物细胞培养物生产次生代谢物的经济实用系统需要在不破坏细胞的条件下重复回收细胞产物的方法.这种技术已由剑桥大学的N.J.Kilby和
Bristol Polytechnic的C.S.Hunter研究成功.
Kilby和Hunter报道,当施以1.02MH_2连续超声波达30秒钟以上时,悬浮培养的甜菜很多基因工程产物都是胞内物质，必须将细胞破壁，使产物得以释放，才能进一步提取，因此细胞破碎是提取胞内产物的关键步骤，破碎方法的得当与否，直接影响到所提取产品的产量、质量和生产成本。以释放胞内物质为主要目的的细胞破碎条件，采用均质破碎法、超声波法、加酶法和碱性自溶法等对谷氨酸菌作进行破碎试验，并对其相应的工艺参数进行了优化研究。结果表明，使用碱性自溶法在pH10.0，温度70℃，干菌浓度为10％时，自溶40min后蛋白质的释放率接近80％，表明该法对释放胞内物质的作用效果较理想细胞破碎就是
破坏细胞壁和细胞膜，使胞内产物得到最大程度的释放。破碎酵母释放乙醛脱氢酶的研究中乙醛脱氢酶（ALDH）是一种胞内酶，在从酵母中分离提取ALDH的过程中，破碎细胞是其中的关键步骤之一。本文着重考察了自溶、反复冻融、超声波和高压破碎仪的细胞破碎方法对释放ALDH的影响。结果表明，用高压破碎仪破碎，酵母细胞破碎率可达到95％以上，而且有效地防止了ALDH的分解及降解，是一种较为理想的破碎方法。
除了某些细胞外的多肽激素和某些蛋白质与酶以外，对于细胞内或多细胞生物组织中的各种生物大分子的分离纯化，都需要事先将细胞和组织破碎，使生物大分子充分释放到溶液中，并不丢失生物活性。不同的生物体或同一生物体的不同部位的组织，其细胞破碎的难易不一，使用的方法也不相同，如动物脏器的细胞膜较脆弱，容易破碎，植物和微生物由于具有较坚固的纤维素、半纤维素组成的细胞壁，要采取专门的细胞破碎方法。
1. 机械破碎
(1)研磨
研磨是将剪碎的动物组织置于研钵或匀浆器中，加入少量石英砂研磨或匀浆，即可将动物细胞破碎，这种方法比较温和，适宜实验室使用。工业生产中可用电磨研磨。细菌和植物组织细胞的破碎也可用此法。
(2)匀浆
匀浆这是一种较剧烈的破碎细胞的方法，通常可先用家用食品加工机将组织打碎，然后再用10000r/min～20000r/min
的内刀式组织捣碎机(即高速分散器)将组织的细胞打碎，为了防止发热和升温过高，通常是转10秒～20秒，停10秒～20秒，可反复多次。高压匀浆法适用于酵母菌、大肠杆菌、巨大芽孢杆菌和黑曲霉等。不适用于高度分枝的微生物。高速珠磨法是利用玻璃小珠与细胞悬液一起快速搅拌，由于研磨作用，使细胞破碎。超声波破碎法：实验室常用影响因素：频率、液体温度和粘度、处理时间等。
