(1) 珠磨法 是一种有效的细胞破碎方法，所用设备为珠磨机。

1) 工作原理：进入珠磨机内的细胞悬浮液与极细的玻璃小珠、石英砂、氧化铝等研磨剂一起快速搅拌或研磨，珠子之间以及珠子与细胞之间的相互剪切、碰撞，使细胞破碎，释放出内含物。在珠液分离器的协助下，珠子被滞留在破碎室内，浆液流出，从而实现连续操作。破碎过程中产生的热量由夹套内的冷却液带走。

2）影响因素：一旦珠磨机的硬件确定了，则只有某些操作参数可以进行设定，如转速、进料速度、珠子的直径和用量、细胞浓度、冷却温度等。这些参数对细胞破碎有不同的影响，同时也相互联系。

(2) 高压匀浆法是大规模细胞破碎的常用方法，所用设备为高压匀浆器。图11.3为高压细胞破碎仪，是一种很常用的高压匀浆器。

1)工作原理高压匀浆法是利用高压使细胞悬浮液通过针形阀，由于突然减压和高速撞击碰撞环而使细胞破裂。从高压室（几十兆帕）压出的细胞悬浮液（图11.4)经过阀座3的中心孔道，从阀座3和阀杆5之间的小环隙中喷出，速度可达每秒钟几百米。这种高速喷出的浆液又射到静止的碰撞环4上，被迫改变方向后从出口管流出。细胞在这一系列过程中经历了高流速下的剪切、碰撞以及由高压到常压的变化，使细胞产生较大的形变，导致细胞壁的破坏。细胞壁是细胞的机械屏障，稍有破损就会造成细胞膜的破坏，胞内物质在渗透压的作用下释放出来，从而造成细胞的完全破坏。

细胞悬浮液经过一次高压匀浆后，常常只有一部分的细胞破碎，为此，可将一次破碎的“细胞匀浆”进行第二次、第三次甚至更多次的破碎，也可将细胞匀浆进行循环破碎，直到达到理想的破碎效果。

2）影响因素影响破碎的主要因素有压力、温度和细胞悬浮液通过匀浆的次数。增大压力和增加破碎次数都可以提高破碎效果，但过高的压力对匀浆器的磨损也较大。
一般来说，酵母细胞比细菌细胞难破碎，处于静止期的细胞比处于快速生长期的细胞难破碎，在复合培养基中培养的细胞比在简单培养基中培养的细胞难破碎。不同的悬浮液对高压匀浆的效果也有不同的影响。当压力低于30MPa时，破碎的效果很差，当压力为30-60MPa时，蛋白质的释放量会迅速增加，当压力升至60MPa以上时，破碎效果增加得就不明显了。因此，应当根据所破碎细胞的具体情况，选择适当的工作压力。

3）存在问题团状或丝状真菌容易造成匀浆器的阻塞，一些革兰阳性菌较小，不适合用高压匀浆器破碎。另外，有些亚细胞器，如细菌包涵体，其质地较硬，易损坏匀浆阀，所以也不适合用该方法处理。

(3）超声破碎法超声破碎是实验室中常用的破碎方法，所用设备为超声破碎仪，该方法操作简单、节省成本、破碎效果确实。

1) 工作原理 声频高于15kHz的超声波在高强度声能输入下可以进行细胞破碎，其破碎机制尚不清楚，可能与空化现象（cavitation phe-nomena)引起的冲击波和剪切力有关。空化现象是在强声波作用下，让气泡形成、胀大和破碎的现象。超声破碎（ultrasonication )的效率与声能、处理时间、细胞浓度及菌种类型有关。

2) 影响因素 输出功率反映了超声波能量的大小，输入功率的增大有利于液体中空穴的形成，产生更多的空气泡，使破碎作用增强。细胞浓度会影响液体的粘稠度，细胞浓度低有利于细胞破碎；细胞浓度高，则液体的粘稠度大，这不利于空气泡的形成及其膨胀和爆炸，使破碎效果差。采用短时多次超声辐射的工作方式有利于细胞破碎，而延长每次超声波辐射时间、减少辐射次数的工作方式会使细胞破碎率明显降低。不同微生物、不同介质往往要采用不同的破碎参数，以便在最短的时间内达到最佳的破碎效果，一般来说，杆菌比球菌容易破碎，革兰氏阴性菌比革兰氏阳性菌细胞容易破碎，酵母菌的破碎效果较差。

(4) 酶溶法 酶溶法（enzyme lysis）是用生物酶将细胞壁和细胞膜消化溶解的方法。常用的溶酶有溶菌酶(lysozyme) , β-1, 3-葡聚糖酶(glucanase) , β-1, 6-葡聚糖酶、蛋白酶( protease )、甘露糖酶( mannanase )、糖苷酶(glycosidase) ,肽链内切酶( endopeptidase )、壳多糖酶( chitinase）等，细胞壁溶解酶( zymolyase）是几种酶的复合物。溶菌酶主要对细菌类有作用，其他酶对酵母菌作用显著。

自溶( autolysis）是一种特殊的酶溶形式。控制条件（pH、温度、添加激活剂等）可以增强系统自身的溶酶活性，是细胞壁自发的溶解。

1) 工作原理：溶酶同其他酶一样，具有高度的专一性，蛋白酶只能水解蛋白质，葡聚糖酶只能对葡聚糖起作用，因此，利用溶酶系统处理细胞必须根据细胞的结构和化学组成选择适当的酶，并确定相应的使用次序。Asenj。等人对酵母菌细胞的酶溶进行了深入的研究，分析了溶解的机制，建立了数学模型，设计了反应器。

2）影响因素 在溶酶系统中，产物抑制是一个不容忽视的问题，甘露糖对蛋白酶有抑制作用，葡聚糖对葡聚糖酶有抑制作用。产物抑制会导致胞内物质释放效率降低，从而影响破碎效果。目前，酶溶法仅限于实验室规模的使用，虽然酶溶法具有选择性释放产物、核酸泄出量少、细胞外形完整等优点，但这种方法也有明显的不足：一是溶酶价格较高，限制了大规模使用；二是酶溶法通用性差，不同菌种需要选用不同的酶，而且也不容易确定最佳溶解条件。

(5）化学渗透法 某些有机溶剂（如苯、甲苯）、抗生素、表面活性剂（如SDS, Triton X-100)、金属鳌合剂（如EDTA)、变性剂（如盐酸胍、尿素）等化学药品都可以改变细胞壁或细胞膜的通透性，从而使细胞内含物有选择性地渗透出来，这种处理方式称为渗透法。

1)工作原理 化学渗透取决于化学试剂的类型及细胞壁和细胞膜的结构与组成，不同化学试剂对各种微生物作用的部位和方式有所不同。

表面活性剂（去污剂）：对疏水性物质具有很强的亲和力，能够结合并溶解磷脂，因此其作用部位主要是质膜的双磷脂层。Triton X-100常与其他试剂混合使用。

鳌合剂：可用于处理革兰阴性菌（如大肠杆菌），对细胞外膜有破坏作用。革兰阴性菌的外膜结构通常靠Ca2＋或Mg2＋结合脂多糖和蛋白质来维持，一旦EDTA将Ca2＋或Mg 2+鳌合，大量脂多糖分子将脱落，使外层膜出现空洞。这些区域由内层膜的磷脂来填补，导致该区域通透性增加。

有机溶剂：最常用的有机溶剂是甲苯，它能够溶解细胞膜的磷脂层。

变性剂：最常用的变性剂有盐酸肌、尿素等。一般认为肌能够与水中的氢键作用，削弱了溶质分子间的疏水作用，从而使疏水性化合物溶于水溶液。例如，使用盐酸肌能够从大肠杆菌膜碎片中溶解蛋白质。

2）优缺点：

化学渗透法与机械法相比具有以下优点：对产物释放具有一定的选择性；细胞外形保持完整，碎片少，有利于后续的分离纯化；核酸释放量少，溶液的豁度低，便于后续的提取。化学渗透法也有自身的缺点，如：时间长、效率低；化学试剂多具有毒性；通用性差。

(6）微波加热法

1)工作原理微波是频率介于300MHz和300GHz之间的电磁波，微波加热法是利用微波场中介质的偶极子转向极化与界面极化的时间与微波频率吻合的特点，促使介质转动能级跃迁，加剧热运动，将电能转化为热能。

从细胞破碎的微观角度看，微波加热导致细胞内的极性物质，特别是水分子吸收微波能，产生大量的热能，使胞内温度迅速上升，液态水汽化产生的压力将细胞膜和细胞壁冲破，形成微小的孔洞；进一步加热，导致细胞内部和细胞壁水分减少，细胞收缩，表面出现裂纹。孔洞或裂纹的存在使胞外溶剂容易进人细胞内，溶解并释放出胞内产物。

2）优缺点微波具有穿透性强、选择性高、加热效率高等优点，可以用来处理微生物、植物和动物细胞，提取胞内有效成分。

但这种方法只适用于对热稳定的产物（如寡糖、多糖、核酸、生物碱、黄酮、苷类等成分），对于热敏性物质（如蛋白质、多肽等），微波加热法并不适用。
其他细胞破碎方法

除了上面介绍的常用细胞破碎方法以外，在实验室和工业生产中还常用到反复冻融法、渗透压法、干燥法等。

反复冻融法是将细胞放在低温下突然冷冻，然后在室温下缓慢融化，反复多次，可以达到破壁的作用。

渗透压法是一种比较温和的细胞破碎法。将细胞放在高渗透压的介质中，达到平衡后，转入到低渗透压的缓冲液或纯水中，由于渗透压的突然变化，水迅速进入细胞内，引起细胞溶胀，甚至破碎，从而使细胞内含物释放出来。

干燥法是通过干燥使细胞壁的结合水丧失，从而改变细胞的渗透性。干燥法具体可分为热空气干燥（也叫气流干燥）、真空干燥、冷冻干燥3种。