Gdy produkt biosyntezy nie jest wydzielany na zewnątrz komórek niszczenie ścian komórkowych jest istotnym etapem procesu technologicznego.
Celem jest zniszczenie ścian komórkowych drobnoustrojów i wydobycie składników wewnątrzkomórkowych przy maksymalnym zachowaniu aktywności, struktury i funkcji wewnątrzkomórkowych składników komórek rozdrabnianych. Istnieje szereg metod dezintegracji, wybór odpowiedniej zależy od: właściwości materiału biologicznego (danej kultury i produktu który chcemy uzyskać), budowy ściany komórkowej, wrażliwości składnika, miejsca występowania składnika w komórce, kosztów i czasu realizacji procesu, metod dalszego przerobu.
Metoda | Zasada działania | Agresywność | Koszt | |||
Metody mechaniczne | |||
Homogenizacja |
rozrywanie w wyniku mieszania |
średnia |
niski |
Mielenie |
niszczenie w wyniku działania materiału ciernego, naprężenia i zderzenia |
Średnia |
niski |
Ultrasonifikacja |
rozpad pod działaniem ultradźwięków, kawitacji |
wysoka |
wysoki |
Ciśnieniowa |
gwałtowna zmiana ciśnienia przy przepływie przez małe otwory |
wysoka |
niski |
Metody niemechaniczne | |||
Szok osmotyczny |
różnica stężeń powoduje rozrywanie ścian komórek w wyniku działania ciśnienia osmotycznego |
niska |
niski |
Trawienie enzymami |
rozkład ścian komórki w wyniku działania enzymów |
niska |
wysoki |
Trawienie ługami |
zmydlanie tłuszczy, rozpuszczanie membran |
wysoka |
niski |
Rozpuszczanie |
rozpuszczalniki organiczne rozpuszczająskładniki membrany |
średnia |
niski |
1) mechaniczne (homogenizacja, mielenie, urządzenia z elementami rozdrabniającymi: młyny perełkowe)
2) działanie czynnikami fizycznymi (ultradźwięki, prasy wysokociśnieniowe, szok osmotyczny lub ciśnieniowy, zamrażanie i rozmrażanie)
3) działanie czynnikami chemicznymi (detergenty, antybiotyki, rozpuszczalniki organiczne, kwasy i inne substancje)
4) rozkład ściany komórkowej na drodze lizy enzymatycznej
(enzymy lityczne, autoiiza, liza fagowa)
5) inne (kombinowane, mutanty o zwiększonej przepuszczalności ściany komórkowej, komórki o zwiększonej sekrecji składników)
dezintegracja komórek na skaie przemysłowa:
- metoda ciśnieniowa, homogenizatory i prasy wysokociśnieniowe, działanie na komórki wysokim ciśnieniem; pękanie natychmiastowe komórek;; przepływ zawiesiny komórek przez wąską szczelinę pod ciśnieniem, gwałtowna zmiana ciśnienia powoduje eksplozje komórek (ok. 60 - 100 MPa)
- młyny perełkowe, kulowe, działanie mechaniczne, urządzenia z elementami rozdrabniającymi wstrząsanie w obecności kulek, komórki między powierzchniami elementów rozdrabniających poddawane naprężeniom tnącym, zderzeniom, mielenie w młynach kulowych poziome bębny wypełnione kulkami.
W skaii laboratoryjnej i półtecnnicznej:
- dezintegratory wysokoobrotowe, niszczenie ścian komórek następuje w wyniku wytworzenia dużych naprężeń ścinających w roztworze.
- metody enzymatyczne, rozkład ścian komórkowych uzyskuje się w wyniku działania enzymów lizujących ścianę komórkową (lizozym, lizostaf ina - bakterie, chitinaza -grzyby. f>-glukanazy - drożdże); metody autolizy komórkowej
- rozrywanie przez kryształy wody, kilkakrotne zamrażanie i rozmrażanie zawiesiny komórek powoduje uwolnienie zawartości komórek.
W skali laboratoryjnej i półtechnicznej:
- operacje termiczne, suszenie, szok termiczny może prowadzić do dezitegracji komórek,
- szok osmotyczny. zmiana ciśnienia osmotycznego, zastosowanie do uwalniania produktów z przestrzeni periplazmatycznej, zrównoważenie komórek w 20% (w/v) sacharozie, szybkie zebranie i zawieszenie w wodzie w 4°C
- dezintegratory ultradźwiękowe, przepływ fali dźwiękowej przez zawiesinę komórek, energia ultradźwięków działa destrukcyjnie na komórki, bardzo ważne jest chłodzenie próbki, gdyż znaczna część energii przetwarzana jest na ciepło.