微生物细胞的破碎 ATS 高压细胞破碎机

ATS ENGINEERING INC.

为了研究细胞的破碎，提高其破碎率，有必要了解 各种微生物细胞壁的组成和结构（表 1 ）： 微生物革兰氏阳性革兰氏阴性酵母菌霉菌 壁厚 /nm 层次单层多层 主要组 成 肽聚糖 （ 40-90% ） 多糖 胞壁酸 蛋白质 脂多糖 （ 1-4% ） 肽聚糖 （ 5-10% ） 脂蛋白 脂多糖 （ 11-22% ） 磷脂 蛋白质 大肠杆菌 葡聚糖 （ 30-40% ） 甘露聚糖 （ 30% ） 蛋白质 （ 6-8% ） 脂类 （ % ） 多聚糖 （ 80-90% ） 脂类 蛋白质 一、细胞壁的组成和结构

ATS ENGINEERING INC.  细菌破碎的主要阻力来自于肽聚糖的网状结构，网状结 构越致密，破碎的难度越大，革兰氏阴性细菌网状结构不 及革兰氏阳性细菌的坚固；  酵母细胞壁破碎的阻力也主要决定于壁结构交联的紧密 程度和它的厚度；  由于霉菌细胞壁中含有几丁质或纤维素的纤维状结构， 其强度比细菌和酵母菌的细胞壁有所提高。

ATS ENGINEERING INC. 二、常用破碎方法 分 类作 用 机 理作 用 机 理适 应 性 机械法机械法 珠磨法固体剪切作用可达较高破碎率，可较大规模操作，大分 子目的产物易失活，浆液分离困难 高压均质法液体剪切作用可达较高破碎率，可大规模操作，对于少 量物料 <100ml, 难操作 超声破碎法液体剪切作用对酵母菌效果较差，破碎过程升温剧烈， 不适合大规模操作 X-press 法固体剪切作用破碎率高，活性保留率高，对冷冻敏感目 的产物不适合 非机械法非机械法 酶溶法酶分解作用具有高度专一性，条件温和，浆液易分离， 溶酶价格高，通用性差 化学渗透法改变细胞膜的渗透性具一定选择性，浆液易分离，但释放率较 低，通用性差 渗透压法渗透压剧烈改变破碎率较低，常与其他方法结合使用 冻结融化法反复冻结 - 融化破碎率较低，不适合对冷冻敏感目的产物 干燥法改变细胞膜渗透性条件变化剧烈，易引起大分子物质失活

ATS ENGINEERING INC. 高压均质法是大规模细胞破壁的首选 特别适合生物工程企业

ATS ENGINEERING INC. 采用高压均质机（由高压泵和均质阀组成， ATS 公司和 APV 公司, AVESTIN,GEA 均有产品出售）。 高压均质法（ High-pressure homogenization ） —— 大规模细胞破碎的常用方法 利用高压使细胞悬浮液通过针形阀，由于突然减压和高速冲 击撞击环使细胞破碎，细胞悬浮液自高压室针形阀喷出时， 每秒速度高达几百米，高速喷出的浆液又射到静止的撞击环 上，被迫改变方向从出口管流出。细胞在这一系列高速运动 过程中经历了剪切、碰撞及由高压到常压的变化，从而造成 细胞破碎。 原理：

ATS ENGINEERING INC. 高压均质的特点  效率高：最大有 10 吨 / 小时的流量，可以每 天处理近 100 吨的发酵液。  破碎率高：大肠杆菌可以达 100% ，酵母及 其它厚壁菌可达 90% 。  使用方便：高压均质机设备简单，单机操作 ，简单方便。  SIP 和 CIP ：高压均质机是管路结构，可通 过高压蒸汽灭菌及在为清洗。

ATS ENGINEERING INC 专业的医药类高压均质机供应商

ATS ENGINEERING INC. 国人厚德载物 国货自强不息

ATS ENGINEERING INC. ATS 业绩  2008 年 1 月 ATS 品牌的 AH100 系列和 AH- PILOT 系列通过欧盟 CE 认证。  2008 年 6 月 ATS 品牌的高压均质机销量超过 100 台。  2008 年 4 月 ATS 的生产型高压均质机 AH 通过客户验收。

ATS ENGINEERING INC. ATS 的定位  ATS 是专业的生物医药类高压均质机供应商  ATS 是国内市场上质量最好，服务最优的高 压均质机供应商  ATS 是国内市场上技术最领先的高压均质机 供应商

ATS ENGINEERING INC. ATS 的合作伙伴  FBF ITLILA 意大利最大的高压均质机生产商  NORTHER LIPIDS  著名脂质体公司，世界唯一的高压挤出器公司  HARDMETAL GMBH 瑞士特制合金材料公司  TECHNO CERAMIC CO,.LTD  荷兰著名特制陶瓷材料公司  KOLER gmbh  德国著名特制合金材料公司

ATS ENGINEERING INC. ATS 的技术合作伙伴－意大利 FBF

ATS ENGINEERING INC. ATS 的合作伙伴 FBF  成立于 1987 年，位于意 大利帕尔马  2002 年来，每年生产近 300 台高压均质机  设备销往全世界 50 多个 国家，有超过 2000 台设 备在各地运行。

ATS ENGINEERING INC. ATS 的合作伙伴 FBF  2002 年开发了新的 TITAN 系列大型高压均 质机，成为欧洲发展最 迅速的高压均质机制造 商。

ATS ENGINEERING INC.  电机驱动  柱塞泵加压  均质点破碎  空穴效应  剪切效应  撞击效应 高压细胞破碎机工作原理 破碎发生点

ATS ENGINEERING INC. 高压破碎的要点  压力：均质机的压力越高，空隙效应越大，破碎 率越高。 ATS 的机器压力达 1500bar 。  阀结构： ATS 专业的破碎阀结构，细胞冲击的速 度远远高于其它均质机，撞击后破碎效率非常高 。  温度控制：高压破碎会大量产热， ATS 专利的在 位冷却系统，将瞬间降低物料温度。

ATS ENGINEERING INC. 技术要点－破碎阀  大肠杆菌破碎通过 空隙效应，和撞击 效应来实现。  ATS 破碎专用阀， 使细胞在速度最高 点撞击挡圈，可以 实现比普通阀高 40% 的撞击力；在 同等压力下实现高 破碎率。

ATS ENGINEERING INC. 技术要点－在位冷却 通过以上公式可知，水性体系压力升高 100bar ，温度升高 2.4 度 压力在均质点释放，转化为热能，物料在均质点停留时间约 3 秒钟 ATS 设计了带夹套冷却的均质模块，充分保证物料的生物活性

ATS ENGINEERING INC. 最新内置盘管 内腔为－ 5 度的冷却水。 冷却模块直接放入均质 机的发热核心，均质模块 内部。 物料出口温度低于 5 度。 ATS 设计内置盘管，充 分保证物料的生物活性

ATS ENGINEERING INC. 典型应用－大肠杆菌 1  革兰氏阴性短杆菌  发酵后，离心得到菌体  按 15%~20% 的菌体浓度，加 入磷酸盐缓冲溶液。  开冷水机，将整机的温度降低。  加入物料，加压到 800 ～ 1000bar 的压力，破碎后的物 料从出料管收集。  如果破碎率不够，做第二次破 壁。

ATS ENGINEERING INC. 典型应用－大肠杆菌 2  细菌和放线菌是原核生物，细胞壁主要成分是肽聚 糖，所以压力不用太高， 600bar~800bar 。  温度控制：在进入均质机前需要预冷到 10 度以下。 物料在均质点用在位冷却，出料后用盘管冷却，达 到全程温度控制。  粘度：进入均质机前，需要先剪切降低粘度。  颗粒：在进入均质机前，最好过滤物料，用滤网或 者纱布。

ATS ENGINEERING INC. 典型应用 II －酵母菌  酵母菌和霉菌是真核生物 ，细胞壁成分是纤维素。  需要 1200bar 以上的压力。  一般需要使用破碎阀，并 均质 2~3 遍。  温度控制非常重要  设备的稳定性和阀的寿命 非常重要

ATS ENGINEERING INC. 高压均质机的结构  驱动端：包括电机，传动结构， 润滑结构，  均质端：均质阀结构，通过 压力释放达到均质效果。  加压端：高压泵结构，产生 带高压（ >1000bar ）的 液体流。

ATS ENGINEERING INC. 曲轴箱 电动机 皮带传动 齿轮箱润滑油象 驱动端结构

ATS ENGINEERING INC. 动力端包括高压泵和进出料阀门。 通过高压电机驱动活塞，吸入和喷射物料。 Example of pulsating load Reciprocating pumping action 加压端结构

ATS ENGINEERING INC. 通过手轮调节均质阀的间隙，以达到增加阻力，调节压力的作用。 物流出口 物料进口 旋转手柄调节狭缝间隙 均质阀狭缝 破碎发生点 均质阀组不是完全关闭 的，有微小的间隙让物 料流过。如果间隙越小 ，则高压泵要输出更大 的压力使物料通过。 均质阀结构

ATS ENGINEERING INC. 1. 压力最大 1500bar 2. 流量 15 升 / 小时 3. 破碎率达 90 ％以上。 4. 特制的冷却系统，可 以物料很好的冷却， 胞内物质的活性。 5. 物料范围： 30 毫升～ 50 升。 实验型细胞破碎机 AH100B

ATS ENGINEERING INC. AH100B 的安装现场

ATS ENGINEERING INC. 最大压力： 1500bar 流量： 15 ～ 40 升 / 小时 物料量： 50 毫升～ 500 升 特点：温度控制好 可配置 2000 升以下的发酵 罐使用 中试型细胞破碎机 AH-PILOT 独一无二的酵母菌破碎利器

ATS ENGINEERING INC. AH-PILOT 安装现场

ATS ENGINEERING INC. 生产型细胞破碎机 AH08  最大压力： 1000bar  流量： 100 ～ 160 升 / 小时  物料量： 50 毫升～ 1000 升  特点：流量大，温度控制好  配置：最大 5000 升以下的发酵罐使 用  适合：大肠杆菌破壁，酵母菌破壁 性价比最高的生产型细胞破碎机

ATS ENGINEERING INC. AH08 的安装现场

ATS ENGINEERING INC. 典型客户 I  生物制药  上海拜奥生物技术－－抗癌药物 BCT-100  杭州九源基因－－生长因子  上海恰尔生物－－重组人凋亡素 2  上海万兴生物－－干扰素  上海恒瑞医药－－ 细胞刺激因子  江苏万邦－－胰岛素  厦门特宝生物－－干扰素等  山东泉港药业－－白介素 2

ATS ENGINEERING INC. 典型客户 II  生物疫苗  中国医学科学院－－艾滋病疫苗  上海汇生生物－－甲肝疫苗  上海联合塞尔－－霍乱疫苗  长春生物制品所－－乙肝疫苗  兰州生物制品所－－流脑疫苗  海南 VTI 研究院－－艾滋病疫苗  浙江省医科院－－戊肝疫苗

ATS ENGINEERING INC. 典型客户 III 生物试剂  北京试剂山水－－试剂盒  上海蓝园生物－－试剂原料  南京金斯特生物－－试剂原料  上海普洛麦格生物－－试剂

ATS ENGINEERING INC. 酵母菌破碎前酵母菌破碎后 1200bar×2 酵母菌破碎前后的电镜照片

ATS ENGINEERING INC. 大肠杆菌破碎前后的电镜照片

大肠杆菌破壁（ 600bar ）离心后样品

ATS ENGINEERING INC. 大肠杆菌破壁（ 600bar ）后显微照片

ATS ENGINEERING INC. 1. 价格优势：设备性价比非常高。 2. 服务优势：专业的售后服务团队，保证 客户随时正常使用。 3. 供货及时：常用型号及零配件都有库存， 能够在最短的时间内为客户服务。 4.ATS 公司提供的不仅是机器，还包括多年 来在行业中积累的丰富经验 ATS 的优势

ATS ENGINEERING INC. 食品加工工艺研究专用机  AH-PLIOT PLUS

ATS ENGINEERING INC. AH-PLIOT PLUS  流量： 60 升 / 小时  最大压力： 600bar  标准配置：流量控制系统，数字压力表，二 级均质模块  可选配：进料温度控制， 4 升可升降夹套料杯 ，陶瓷均质阀  典型用户： DSM 中国研究中心

ATS ENGINEERING INC. AH-PLIOT 优势  大流量，高效率工作  高精度数字压力表  进料温度控制  特别适合于：细胞破碎；制备均匀的纳米级 乳液，纳米粒子，脂质体囊泡；乳品工程 UHT ，食品添加剂等等

ATS ENGINEERING INC. 选择 ATS 选择 ATS ，选择中国 选择优质售后服务团队 选择高品质的专业制造商

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