[发明专利]微生物破壁萃取系统

说明书

本发明公开了一种微生物破壁萃取系统，包括渗透冲击罐、渗透液罐、清洗罐、冷冻罐、制冷系统、热交换系统、含冰破碎机和泵送机构，渗透冲击罐包括渗透罐体，在所述渗透罐体内底部中心固定有锥形密封罩，锥形密封罩与罐体内壁围成环形腔，锥形密封罩上端固定有过滤层，环形腔底部的两侧分别设置出口且分别通过相应管道与渗透液罐和清洗罐连通；在过滤层中心设置有出口并安装有排料电磁球阀及排料管，本发明首先通过渗透冲击罐降低微生物细胞壁强度，该过程并不需要直接破壁，所以是一种较温和破碎预处理过程，通过渗透冲击罐的反复渗透压的作用，细胞内水分便向外渗出，细胞发生收缩，当达到平衡后，将介质快速稀释，或将细胞转入水或缓冲液中，降低肽键的数量和交联程度，进而降低和硬性其细胞壁中肽聚糖的网状结构。

技术领域

本发明属于微生物细胞破碎和质粒提取设备领域，具体涉及一种连续生产的机械与非机械相结合的微生物破壁萃取技术。

背景技术

细胞破碎技术是指利用外力破坏细胞膜和细胞壁，使细胞内容物包括目的产物成分释放出来的技术，需要采用适当的方法将组织和细胞破碎。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。目前细胞破碎方法主要有：机械破碎法和非机械破碎法。机械破碎法又包括高压均浆、珠磨、撞击破碎和超声破碎等方法，其特点是处理量大、破碎效率高、速度快，主要靠均质作用和碾磨作用；处理过程中，细胞壁无法经受强大的机械剪切力而破碎，从而致使胞质外流。以上破壁方法通常主要应用于植物细胞破壁例如中药材料等，非机械破碎法是通过化学或生物化学渗透法以及物理渗透法，化学和生物化学渗透法主要包括：酸碱处理、化学试剂处理、酶溶等方法，通常在实验条件进行少量实验细胞破壁（比较顽固的阳性细菌则需要多种裂解方法的搭配）。与机械破碎法相比，化学渗透法处理速度低，破碎效率差，且化学或生化试剂的添加会形成新的污染，给进一步的分离纯化带来麻烦。常常会造成大量的原材料浪费，副产品增加，以及大量的化学试剂带来的环境污染等社会问题，不适于大规模工业化使用。

另外，采用普通的细胞破碎设备例如机械破碎法对于如动物脏器的细胞膜较脆弱，容易破碎，但微生物由于具有复杂的细胞壁，破壁难度较大（革兰阳性菌的细胞壁能耐受20kg/cm2的压力）。例如酵母菌的细胞壁化学组分比较特殊，主要由“酵母纤维素”组成，类似三明治结构，外层为甘露聚糖，内层为葡聚糖，中间有一层蛋白质分子，细胞壁上还含有少量的类脂和几丁质。细菌细胞壁主要成分是肽聚糖。革兰氏阳性菌的肽聚糖占细胞壁干重的50%以上。它是难溶性的聚糖链，借助短肽交联而成的网状结构，包围在细胞周围，使细胞具有一定的形状和强度。破碎细菌的主要阻力是来自于肽聚糖的网状结构，其网结构的致密程度和强度取决于聚糖链上所存在的肽键的数量和其交联的程度，如果交联程度大。单纯采用现有机械破碎法，会造成破碎发热现象，这也是现有是机械破碎设备普遍存在的问题，设备在工作过程中因摩擦和撞击产生的局部高温会导致胞质中所需的物质变质。而现有通过单纯的反复冻融也会使蛋白质变性，从而影响活性蛋白质的回收率。

因此，如何提供一种适用于大规模工业化使用，且简单高效，节能环保的细胞破碎方法或细胞破碎机是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

针对现有细胞破碎装置在应用于细菌细胞破碎过程中存在的缺陷和问题，本发明提供一种将机械与非机械方式相结合的微生物破壁萃取系统。实现低温条件下通过机械破碎方式，防止因摩擦和撞击产生的局部高温会导致胞质中所需的物质变质问题出现，确保不影响蛋白质活性，提高回收率。