應(yīng)用背景

微藻的活性物質(zhì)存在于細(xì)胞內(nèi)，這些物質(zhì)的提取過(guò)程通常需要先對(duì)微藻進(jìn)行細(xì)胞破壁。與一般微生物細(xì)胞壁相比，微藻細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)致密，破壁難度大，同時(shí)還要保證各種生化產(chǎn)物在破壁過(guò)程中的生物活性不被破壞，因此細(xì)胞破壁成為各種藻類產(chǎn)物提取的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。適用于微藻細(xì)胞破壁方法的微藻來(lái)自于淡水微藻、咸水或海水環(huán)境中，能夠產(chǎn)生生物活性物質(zhì)的經(jīng)濟(jì)微藻，包括扁藻、小球藻、柵藻、紅球藻、紫球藻、雪藻或硅藻。

應(yīng)用難點(diǎn)

如果目標(biāo)產(chǎn)物是小分子生物活性物質(zhì)，比如蝦青素、葉黃素等，分子結(jié)構(gòu)中存在不少共軛不飽和碳碳雙鍵，易氧化，對(duì)光熱敏感，破壁工藝的選擇尤其要考慮目標(biāo)產(chǎn)物的活性。微藻細(xì)胞破壁傳統(tǒng)的方法有機(jī)械粉碎、凍融、超聲波、膠體磨等物理方法和生物酶解方法等，這些方法存在明顯的缺陷，或用時(shí)較長(zhǎng)、或溫度較高、或粉碎效果不佳、或沒(méi)有有效保護(hù)生物活性成分。盡管微藻存在很多優(yōu)勢(shì)，但傳統(tǒng)的破壁方法在技術(shù)可行性或者在經(jīng)濟(jì)性上存在不足，距離大規(guī)模生產(chǎn)的需求尚有一定距離。高壓細(xì)胞破壁技術(shù)，屬于微藻生物技術(shù)領(lǐng)域，涉及富含生物活性物質(zhì)的微藻細(xì)胞破壁方法，是采用濕法微藻細(xì)胞破壁技術(shù)，有效保護(hù)微藻生物活性成分，降低其被氧化分解的相關(guān)技術(shù)。

應(yīng)用方案

       經(jīng)過(guò)降溫預(yù)處理微藻物料通過(guò)柱塞作用進(jìn)入均質(zhì)腔體，被柱塞壓縮的微藻物料內(nèi)積聚了極高的能量，當(dāng)物料通過(guò)窄縫后瞬間失壓，造成內(nèi)部高能釋放引起空穴爆炸而強(qiáng)烈膨脹，產(chǎn)生空穴效應(yīng)，致使物料強(qiáng)烈粉碎細(xì)化。同時(shí)，瞬間失壓的微藻物料以極高的流速快速噴出，撞擊在用特殊材料制成的質(zhì)地堅(jiān)硬的撞擊環(huán)上，產(chǎn)生強(qiáng)大的沖撞力，造成物料粉碎。另外，碰撞前后的微藻物料隨液體高速運(yùn)動(dòng)，通過(guò)泵腔內(nèi)通道和閥口狹縫時(shí)會(huì)產(chǎn)生巨大的剪切力。在撞擊效應(yīng)、剪切效應(yīng)和空穴效應(yīng)聯(lián)合作用下濕物料微藻的細(xì)胞壁在瞬間(1～2秒內(nèi))就完成了細(xì)胞破碎，物料粒度幾乎全部細(xì)化到1 ～ 2μm以下的粒徑的微米材料。其中，50%左右的粒度直徑在100nm～1.0μm亞微米材料，而有30%～ 40%的粒徑大小為100nm以下的納米材料。

解決方案

       首先富集菌體，收集胞內(nèi)產(chǎn)物的細(xì)胞或菌體。然后進(jìn)行細(xì)胞重懸，用適當(dāng)?shù)木彌_液或培養(yǎng)液將離心或沉降等方法得到的固體（沉淀、細(xì)胞、活性物質(zhì)等等）重新懸浮。其次進(jìn)行細(xì)胞破碎，使產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到液相中。最后收集含生化物質(zhì)的液相，進(jìn)行碎片分離，分離除去細(xì)胞、菌體、細(xì)胞碎片、蛋白質(zhì)的沉淀物和絮凝體等固體懸浮物，得到上清液或?yàn)V液。然后從澄清的濾液中提取胞內(nèi)產(chǎn)物，從細(xì)胞裂解物中獲取目標(biāo)產(chǎn)物。

PhD優(yōu)勢(shì)

微藻細(xì)胞破壁方法克服了傳統(tǒng)粉碎技術(shù)細(xì)胞破壁效率低下以及生物活性成分損失嚴(yán)重的技術(shù)屏障，微藻破壁粉碎過(guò)程主要利用細(xì)胞之間的高速碰撞，無(wú)異物混入，可以獲得高純度的微藻細(xì)胞破壁的微細(xì)顆粒。微藻破壁粉碎過(guò)程設(shè)備全封閉運(yùn)行，不污染環(huán)境，符合環(huán)保要求。微藻細(xì)胞破壁方法其特征在于細(xì)胞破壁過(guò)程在黑暗條件下完成，破碎細(xì)胞在工作腔內(nèi)進(jìn)行，工作腔及相關(guān)循環(huán)管道，設(shè)備材料采用避光、耐壓和不易不產(chǎn)生雜質(zhì)的不銹鋼，高壓細(xì)胞破壁適合于大規(guī)模生產(chǎn)，破碎效率高。 

◆破壁能力：高壓設(shè)計(jì)，輕松上壓；均質(zhì)效率高，工藝穩(wěn)定；穩(wěn)定的破碎能力，更高的胞內(nèi)物提取；純機(jī)械破碎，無(wú)化學(xué)污染；可放大工業(yè)化生產(chǎn)工藝設(shè)備

◆控溫效果：獨(dú)特溫控設(shè)計(jì)，內(nèi)置和外置雙向控溫，確保均質(zhì)過(guò)程及出料溫度可控。

◆活性保障：循環(huán)的控溫系統(tǒng)，蛋白活性不失活，細(xì)胞破碎后，活性保值高達(dá)99%                                                                 

◆無(wú)菌保障：金屬結(jié)構(gòu)連接，沒(méi)有O型圈或墊片，無(wú)死角設(shè)計(jì)；在線排空結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；所有機(jī)型均可實(shí)現(xiàn)在線清洗（CIP）、循環(huán)清洗、拆裝清洗、在位滅菌（SIP）