應用背景

微藻的活性物質存在于細胞內，這些物質的提取過程通常需要先對微藻進行細胞破壁。與一般微生物細胞壁相比，微藻細胞壁結構致密，破壁難度大，同時還要保證各種生化產物在破壁過程中的生物活性不被破壞，因此細胞破壁成為各種藻類產物提取的關鍵環節。適用于微藻細胞破壁方法的微藻來自于淡水微藻、咸水或海水環境中，能夠產生生物活性物質的經濟微藻，包括扁藻、小球藻、柵藻、紅球藻、紫球藻、雪藻或硅藻。

應用難點

如果目標產物是小分子生物活性物質，比如蝦青素、葉黃素等，分子結構中存在不少共軛不飽和碳碳雙鍵，易氧化，對光熱敏感，破壁工藝的選擇尤其要考慮目標產物的活性。微藻細胞破壁傳統的方法有機械粉碎、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，或用時較長、或溫度較高、或粉碎效果不佳、或沒有有效保護生物活性成分。盡管微藻存在很多優勢，但傳統的破壁方法在技術可行性或者在經濟性上存在不足，距離大規模生產的需求尚有一定距離。高壓細胞破壁技術，屬于微藻生物技術領域，涉及富含生物活性物質的微藻細胞破壁方法，是采用濕法微藻細胞破壁技術，有效保護微藻生物活性成分，降低其被氧化分解的相關技術。

應用方案

       經過降溫預處理微藻物料通過柱塞作用進入均質腔體，被柱塞壓縮的微藻物料內積聚了極高的能量，當物料通過窄縫后瞬間失壓，造成內部高能釋放引起空穴爆炸而強烈膨脹，產生空穴效應，致使物料強烈粉碎細化。同時，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地堅硬的撞擊環上，產生強大的沖撞力，造成物料粉碎。另外，碰撞前后的微藻物料隨液體高速運動，通過泵腔內通道和閥口狹縫時會產生巨大的剪切力。在撞擊效應、剪切效應和空穴效應聯合作用下濕物料微藻的細胞壁在瞬間(1～2秒內)就完成了細胞破碎，物料粒度幾乎全部細化到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，收集胞內產物的細胞或菌體。然后進行細胞重懸，用適當的緩沖液或培養液將離心或沉降等方法得到的固體（沉淀、細胞、活性物質等等）重新懸浮。其次進行細胞破碎，使產物轉移到液相中。最后收集含生化物質的液相，進行碎片分離，分離除去細胞、菌體、細胞碎片、蛋白質的沉淀物和絮凝體等固體懸浮物，得到上清液或濾液。然后從澄清的濾液中提取胞內產物，從細胞裂解物中獲取目標產物。

PhD優勢

微藻細胞破壁方法克服了傳統粉碎技術細胞破壁效率低下以及生物活性成分損失嚴重的技術屏障，微藻破壁粉碎過程主要利用細胞之間的高速碰撞，無異物混入，可以獲得高純度的微藻細胞破壁的微細顆粒。微藻破壁粉碎過程設備全封閉運行，不污染環境，符合環保要求。微藻細胞破壁方法其特征在于細胞破壁過程在黑暗條件下完成，破碎細胞在工作腔內進行，工作腔及相關循環管道，設備材料采用避光、耐壓和不易不產生雜質的不銹鋼，高壓細胞破壁適合于大規模生產，破碎效率高。 

◆破壁能力：高壓設計，輕松上壓；均質效率高，工藝穩定；穩定的破碎能力，更高的胞內物提取；純機械破碎，無化學污染；可放大工業化生產工藝設備

◆控溫效果：獨特溫控設計，內置和外置雙向控溫，確保均質過程及出料溫度可控。

◆活性保障：循環的控溫系統，蛋白活性不失活，細胞破碎后，活性保值高達99%                                                                 

◆無菌保障：金屬結構連接，沒有O型圈或墊片，無死角設計；在線排空結構設計；所有機型均可實現在線清洗（CIP）、循環清洗、拆裝清洗、在位滅菌（SIP）