微波破碎细胞机理在天然产物提取中的应用

摘妥:徽波破碎细胞技术是塞于徽波加热的选择性、瞬时性和高效性。通过对生物材料进行适宜的徽波处理而实现细胞破碎的一种细胞破碎手段.实戏表明，该技术尤其适用于胞内小分子产物的提取，在天然产物提取分离中其有广阔应用前景关健词;橄波破碎细胞机理天然产物提取引言

自然界丰富的生物资源为人类提供了数万种的天然产物，它们是药物、香料、食品添加剂等精细化学品的重要来源。天然产物的开发应用，首先0c59f8ea

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/需要把它从生物体内提取出来。天然产物的提取，工业上仍普遍采用传统的浸取操作，费时费力，效率低，技术水平落后。

。一方面，浸取操作在提取前没有进行细胞破碎，细胞壁和/或细胞膜带来很大的提取阻力，提取时间长;另外，浸取操作不能使胞内水解酶迅速失活，反而由于缓慢升温促进了酶对目标产物的降解，珍贵的原料资源没有被充分利用。所以，提取时间长和收率低是困扰胞内天然产物提取的关键问题之一。目前，人们正积极从事天然产物提取新技术的研究，如超临界萃取‘、超声波提取、0c59f8ea

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/微波强化萃取等。

从动力学角度考虑，细胞壁和/或细胞膜的通透性是限制天然产物提取速率的关键因素，故细胞破碎后，将大大加速天然产物的提取。现有高速珠磨和高压匀浆等细胞破碎方法可以实现目标产物的快速释放，但在释放目标产物的同时，胞内水解酶一起被释放出来。释放后的水解酶和目标产物相遇，造成目标产物的损失。而且提取液中含有大量蛋白质等杂质.加重了后续分离纯化的负担。故上述细胞破碎方法都不适合天然产物的提取。因此，研究专门适合生物小分子提取的细胞破碎方法，对0c59f8ea

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/于天然产物的研究开发具有重要意义。我们针对天然产物一般热稳定性好的特点，将微波技术用于细胞破碎，建立了一种适合生物胞内小分子提取的细胞破碎技术微波破碎细胞。微波破碎细胞是基于微波加热的选择性、瞬时性和高效性，控制适宜的微波条件而实现的。微波破碎后的细胞，由于减小了提取阻力，其胞内小分子物质的溶出变得非常容易，可大大缩短提取时间。此外，微波处理还能使胞内目标产物的水解酶失活，避免提取过程中目标产物的降解。因此，我们提出了微波破细胞提取的概念，并成功地进行了0c59f8ea

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/酵母胞内海藻糖及药用植物高山红景天愈伤组织中红景天成的提取‘，.。本文首先以酵母细胞为例阐明微波破碎细胞的机理，然后，通过实例对比说明微波破细胞提取技术的优越性。醉母细胞徽波破碎的机理微波加热的特点微波是一种频率由3000MHz至3000GHz的高频电磁波，它具有电磁波的诸如反射、透射和干涉、衍射、偏振、以及伴随着电磁波的能量传输等波动特性，而且可用于加热.微波是通过使微波场中的0c59f8ea

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/极性分子或偶极子的快速摆动产生类似摩擦的作用而获得能量，给介质加热的。微波加热具有很好的选择性，不同物料由于其介电性质不同，在微波场中的受热特性有很大的差别。水及阴阳离子等能被微波迅速加热，而玻璃、聚四氟乙烯等则是对微波透明的，不吸收微波能，从而不能被微波加热。此外，微波加热高效快速，易于实现连续化、自动化。鉴于微波技术的上述特点，微波在食品干燥、灭菌、膨化等领域已获得广泛的工业应用。

醉母菌具有典型的细胞结构，由细胞壁、细胞膜、细胞核、液泡、线粒体和细胞质等构成。酵母0c59f8ea

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/细胞的原生质中含有一个或多个大小不等的液泡，液泡直径为。...-u33m.在静止生长期的细胞中特别明显，常为最大的细胞器。当细胞在营养培养基中开始出芽时，大的液泡被挤压分成两个小的液泡，芽形成时，液泡被分配到母细胞和子细胞中。出芽完毕后，小的液泡重新结合或融合而形成大的液泡。由微波加热原理可知，正、负离子和水等极性物质对微波的吸收能力比较强，而非极性物质几乎不吸收微波。由于酵母细胞具有典型的细胞结构，在细胞不同部位或不同细胞器中，正、负离子和水等极性物质的分布是不均匀的，因此，当把酵母细胞置于微波场中处理时，酵母细胞将会局部受0c59f8ea

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/热。酵母细胞的微波破碎

酵母细胞在微波场中局部受热是酵母细胞微波破碎的物理夔础。液泡是酵母细胞内部富含自由水的部位，当酵母细胞接受微波辐射时，自由水大量吸收微波能，迅速受热，温度达到沸点而汽化，使得胞内压力升高。酵母细胞壁和细胞膜所能承受的内压有限，当微波加热引起的胞内压力上升到细胞所能承受的极限时，酵母细胞将被胀破，细胞发生破碎。0c59f8ea

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/酵母细胞微波破碎的部位

通过对微波破碎前后的酵母进行扫描电镜观察发现，酵母细胞微波破碎一般首先发生在细胞出芽部位。笔者对此现象解释如下:对于带芽的细胞，母细胞和子细胞分别含有自己的液泡，因此，当酵母在微波场中接受处理时，其母体和芽均受热产生内压，从而对细胞产生

1(a)所示的两个反向的拉力。使得芽脱离母体，细胞在其出芽部位破裂:对于处于

G，期的细胞，1(b)所示，胞内各方向内压相等，但芽痕处为细胞壁的一体性遭受过破坏的部位，更容易导致应力集中，故细胞在芽痕处破开。0c59f8ea

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酵母细胞在微波场的作用下，首先在出芽部位破裂，这时，若继续对其进行微波辐射，细胞将受热脱水，迅速被干燥。相应地，在细胞壁的其它部位，出现龟裂。综上所述，微波破碎细胞是两种机制先后作用的结果。首先是细胞的局部受热导致内压升高，细胞壁和细胞膜首先在其最脆弱部位破裂;然后。细胞脱水干燥，表面出现龟裂。从经不同微波处理时间的酵母细胞的扫描电镜照片可清楚地观察到酵母细胞微波破碎的这两个不同阶段。

处于出芽阶段的酵母..(b)不带芽的醉母图

1.酵母细胞微波破碎机理示愈图

3.嫩波破碎细胞技0c59f8ea

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