本发明公开了一种微生物破壁萃取系统，包括渗透冲击罐、渗透液罐、清洗罐、冷冻罐、制冷系统、热交换系统、含冰破碎机和泵送机构，渗透冲击罐包括渗透罐体，在所述渗透罐体内底部中心固定有锥形密封罩，锥形密封罩与罐体内壁围成环形腔，锥形密封罩上端固定有过滤层，环形腔底部的两侧分别设置出口且分别通过相应管道与渗透液罐和清洗罐连通；在过滤层中心设置有出口并安装有排料电磁球阀及排料管，本发明首先通过渗透冲击罐降低微生物细胞壁强度，该过程并不需要直接破壁，所以是一种较温和破碎预处理过程，通过渗透冲击罐的反复渗透压的作用，细胞内水分便向外渗出，细胞发生收缩，当达到平衡后，将介质快速稀释，或将细胞转入水或缓冲液中，降低肽键的数量和交联程度，进而降低和硬性其细胞壁中肽聚糖的网状结构。
1.一种微生物破壁萃取系统，其特征在于，包括渗透冲击罐(1)、渗透液罐(2)、清洗罐(3)、冷冻罐(5)、制冷系统(6)、热交换系统(7)、含冰破碎机(8)和泵送机构(9)，所述的渗透冲击罐(1)包括渗透罐体一(11)，在所述渗透罐体一(11)内底部中心固定有锥形密封罩(14)，锥形密封罩(14)与罐体内壁围成环形腔(15)，锥形密封罩(14)上端固定有过滤层(16)，环形腔(15)底部的两侧分别设置出口且分别通过相应管道与渗透液罐(2)和清洗罐(3)连通；在所述过滤层(16)中心设置有出口并安装有排料电磁球阀(18)及排料管(19)，该排料管(19)通过所述泵送机构(9)与所述冷冻罐(5)上端入口连通，冷冻罐(5)的下端与含冰破碎机(8)的上端入口连通；所述的渗透液罐(2)包括渗透罐体二(21)，渗透罐体二(21)的底部设置有入口并通过渗透液连通管(22)与所述环形腔(15)底部的一个出口连通，同时在渗透液连通管(22)上安装有渗透液封闭阀(24)，在渗透罐体二(21)顶部设置有抽气口并密封安装有负压支管一(23)；所述的清洗罐(3)包括清水罐体(31)，清水罐体(31)的底部设置有入口并通过清水排放总管(32)与所述环形腔(15)底部的另一个出口连通，同时在清水排放总管(32)上安装有清水封闭阀(36)；在清水罐体(31)的顶部设置有抽气孔并密封安装有负压支管二(35)；所述负压支管一(23)和负压支管二(35)通过三通管与真空泵抽气口连接，同时分别在负压支管一(23)和负压支管二(35)上安装气路电磁阀一和气路电磁阀二；
所述的冷冻罐(5)包括冷罐主体(51)、顶盖(52)和底板(53)，位于顶盖(52)上设置有加液斗(58)，位于底板(53)上设置有排冰口(59)，在所述顶盖(52)和底板(53)的中心通过轴承安装有中心转轴(54)，中心转轴(54)的一端与驱动机构传动连接，中心转轴(54)位于罐体内的部分均布安装有多层转盘(57)，每层转盘(57)的外缘和内缘分别有挡边从而形成环形容纳区，每层转盘(57)上各设置有漏料孔(571)，同时分别在每层转盘(57)的上侧设置有铲冰板(572)，各铲冰板(572)的外端固定在罐体内壁上，各铲冰板(572)的下侧设置有铲面，且与每层转盘(57)的环形容纳区底面匹配接触，各铲冰板(572)的长度略大于相应漏料孔(571)的长度；上下相邻的转盘(57)的漏料孔(571)位置依次错位分布；所述的含冰破碎机(8)包括圆柱段(81)和圆锥段(82)以及盖板(83)，盖板(83)上设置有加冰口(85)，圆锥段(82)的中心为破壁出口(86)在圆柱段(81)的底部固定有滤网支架(891)和下轴支架(847)，两者的外端分别固定在圆柱段(81)和圆锥段(82)内壁，两者的内端交汇固定在一起，在所述滤网支架(891)的上侧固定有细滤网(89)，在所述盖板的中心安装有上轴承，同时在所述下轴支架(847)中心安装有下轴承，在上下轴承内套装有粉碎转轴(842)，该粉碎转轴(842)与对应驱动机构传动连接，在所述粉碎转轴(842)上沿径向固定有粉碎锤(843)、粉碎刀(844)和拨球杆(845)，其中拨球杆(845)位于最下层且与所述细滤网(89)接近，在细滤网(89)上侧铺设有研磨剂，所述拨球杆(845)能够接触研磨剂并驱动研磨剂沿细滤网(89)表面滚动。
2.根据权利要求1所述的微生物破壁萃取系统，其特征在于，还包括混合液回收箱(4)，所述清水排放总管(32)的下端通过混合液封闭阀(37)连通于混合液回收箱(4)内，所述清洗罐(3)的底部通过排空管(34)连通至混合液回收箱(4)内，同时在排空管(34)上安装有排空封闭阀(38)。
3.根据权利要求1所述的微生物破壁萃取系统，其特征在于，所述的渗透冲击罐(1)包括渗透罐体一(11)、其上端封头中部固定有清料搅拌电机(12)，清料搅拌电机(12)的电机转轴(13)的上端通过上轴承及上轴承座(131)安装在罐体上端封头中心，下端通过下轴承及下轴承座(132)安装在下轴承支架(133)，下轴承支架(133)固定在罐体中部的中心且位于过滤层(16)上侧；同时在所述电机转轴(13)上固定有铰接座(17)，铰接座(17)的侧面通过销轴铰接有铰接杆(171)，铰接杆(171)的末端通过销轴铰接有刮板(172)，各刮板(172)的下表面与所述过滤层(16)的上表面匹配贴合，相邻各刮板(172)沿径向交错分布。
4.根据权利要求3所述的微生物破壁萃取系统，其特征在于，所述过滤层(16)的周边缘通过网端支座(161)固定在罐体内壁，过滤层(16)的下方还均布固定有网下支撑筋(162)，各网下支撑筋(162)的外端分别固定在所述网端支座(161)上，内端分别固定在所述下轴承支架(133)周边缘。
5.根据权利要求1所述的微生物破壁萃取系统，其特征在于，在所述渗透液罐(2)顶部还安装有渗透液补充管(25)，并设置密封阀。
6.根据权利要求1或5所述的微生物破壁萃取系统，其特征在于，所采用的渗透液为高浓度的甘油或蔗糖或氯化钠混合溶液。
7.根据权利要求1所述的微生物破壁萃取系统，其特征在于，含冰破碎机(8)的驱动机构包括粉碎电机(84)和粉碎变速箱(841)，两者固定在盖板(83)上且传动连接，粉碎变速箱(841)的输出轴与所述粉碎转轴(842)通过联轴器传动连接。
8.根据权利要求1所述的微生物破壁萃取系统，其特征在于，在所述含冰破碎机(8)的顶部设置有补水管(87)，同时在盖板(83)内部或者罐体内壁分布固定有多个喷头(871)，各喷头(871)分别与补水管(87)连通。
9.根据权利要求1所述的微生物破壁萃取系统，其特征在于，所述研磨剂为陶瓷球(88)、石英砂及氧化铝以4:2:1混合在一起。
10.根据权利要求1所述的微生物破壁萃取系统，其特征在于，位于所述圆柱段(81)上端的盖板(83)，其一侧通过销轴铰接在圆柱段(81)一侧边，另一侧通过扣件或螺栓固定在圆柱段(81)的另一侧。
微生物破壁萃取系统
技术领域
[0001] 本发明属于微生物细胞破碎和质粒提取设备领域，具体涉及一种连续生产的机械与非机械相结合的微生物破壁萃取技术。
背景技术
[0002] 细胞破碎技术是指利用外力破坏细胞膜和细胞壁，使细胞内容物包括目的产物成分释放出来的技术，需要采用适当的方法将组织和细胞破碎。不同的生物体或同一生物体的不同部位的组织，其细胞破碎的难易不一，使用的方法也不相同。目前细胞破碎方法主要有：机械破碎法和非机械破碎法。机械破碎法又包括高压均浆、珠磨、撞击破碎和超声破碎等方法，其特点是处理量大、破碎效率高、速度快，主要靠均质作用和碾磨作用；处理过程中，细胞壁无法经受强大的机械剪切力而破碎，从而致使胞质外流。以上破壁方法通常主要应用于植物细胞破壁例如中药材料等，非机械破碎法是通过化学或生物化学渗透法以及物理渗透法，化学和生物化学渗透法主要包括：酸碱处理、化学试剂处理、酶溶等方法，通常在实验条件进行少量实验细胞破壁（比较顽固的阳性细菌则需要多种裂解方法的搭配）。与机械破碎法相比，化学渗透法处理速度低，破碎效率差，且化学或生化试剂的添加会形成新的污染，给进一步的分离纯化带来麻烦。常常会造成大量的原材料浪费，副产品增加，以及大量的化学试剂带来的环境污染等社会问题，不适于大规模工业化使用。
[0003] 另外，采用普通的细胞破碎设备例如机械破碎法对于如动物脏器的细胞膜较脆弱，容易破碎，但微生物由于具有复杂的细胞壁，破壁难度较大（革兰阳性菌的细胞壁能耐受20kg/cm2的压力）。例如酵母菌的细胞壁化学组分比较特殊，主要由“酵母纤维素”组成，类似三明治结构，外层为甘露聚糖，内层为葡聚糖，中间有一层蛋白质分子，细胞壁上还含有少量的类脂和几丁质。细菌细胞壁主要成分是肽聚糖。革兰氏阳性菌的肽聚糖占细胞壁干重的50%以上。它是难溶性的聚糖链，借助短肽交联而成的网状结构，包围在细胞周围，使细胞具有一定的形状和强度。破碎细菌的主要阻力是来自于肽聚糖的网状结构，其网结构的致密程度和强度取决于聚糖链上所存在的肽键的数量和其交联的程度，如果交联程度大。单纯采用现有机械破碎法，会造成破碎发热现象，这也是现有是机械破碎设备普遍存在的问题，设备在工作过程中因摩擦和撞击产生的局部高温会导致胞质中所需的物质变质。而现有通过单纯的反复冻融也会使蛋白质变性，从而影响活性蛋白质的回收率。
[0004] 因此，如何提供一种适用于大规模工业化使用，且简单高效，节能环保的细胞破碎方法或细胞破碎机是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
[0005] 针对现有细胞破碎装置在应用于细菌细胞破碎过程中存在的缺陷和问题，本发明提供一种将机械与非机械方式相结合的微生物破壁萃取系统。实现低温条件下通过机械破碎方式，防止因摩擦和撞击产生的局部高温会导致胞质中所需的物质变质问题出现，确保不影响蛋白质活性，提高回收率。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种微生物破壁萃取系统，包括渗透冲击罐、渗透液罐、清洗罐、冷冻罐、制冷系统、热交换系统、含冰破碎机和泵送机构，所述的渗透冲击罐包括渗透罐体一，在所述渗透罐体一内底部中心固定有锥形密封罩，锥形密封罩与罐体内壁围成环形腔，锥形密封罩上端固定有过滤层，环形腔底部的两侧分别设置出口且分别通过相应管道与渗透液罐和清洗罐连通；在所述过滤层中心设置有出口并安装有排料电磁球阀及排料管，该排料管通过所述泵送机构与所述冷冻罐上端入口连通，冷冻罐的下端与含冰破碎机的上端入口连通；所述的渗透液罐包括渗透罐体二，渗透罐体二的底部设置有入口并通过渗透液连通管与所述环形腔底部的一个出口连通，同时在渗透液连通管上安装有渗透液封闭阀，在渗透罐体二顶部设置有抽气口并密封安装有负压支管一；所述的清洗罐包括清水罐体，清水罐体的底部设置有入口并通过清水排放总管和清水排放总管与所述环形腔底部的另一个出口连通，同时在清水排放总管上安装有清水封闭阀；在清水罐体的顶部设置有抽气孔并密封安装有负压支管二；所述负压支管一和负压支管二通过三通管与真空泵抽气口连接，同时分别在负压支管一和负压支管二上安装气路电磁阀一和气路电磁阀二；所述的冷冻罐包括冷罐主体、顶盖和底板，位于顶盖上设置有加液斗，位于底板上设置有排冰口，在所述顶盖和底板的中心通过轴承安装有中心转轴，中心转轴的一端与驱动机构传动连接，中心转轴位于罐体内的部分均布安装有多层转盘，每层转盘的外缘和内缘分别有挡边从而形成环形容纳区，每层转盘上各设置有漏料孔，同时分别在每层转盘的上侧设置有铲冰板，各铲冰板的外端固定在罐体内壁上，各铲冰板的下侧设置有铲面，且与每层转盘的环形容纳区底面匹配接触，各铲冰板的长度略大于相应漏料孔的长度；上下相邻的转盘的漏料孔位置依次错位分布；所述的含冰破碎机包括圆柱段和圆锥段以及盖板，盖板上设置有加冰口，圆锥段的中心为破壁出口在圆柱段的底部固定有滤网支架和下轴支架，两者的外端分别固定在圆柱段和圆锥段内壁，两者的内端交汇固定在一起，在所述滤网支架的上侧固定有细滤网，在所述盖板的中心安装有上轴承，同时在所述下轴支架中心安装有下轴承，在上下轴承内套装有粉碎转轴，该粉碎转轴与对应驱动机构传动连接，在所述粉碎转轴上沿径向固定有粉碎锤、粉碎刀和拨球杆，其中拨球杆位于最下层且与所述细滤网接近，在细滤网上侧铺设有研磨剂，所述拨球杆能够接触研磨剂并驱动研磨剂沿细滤网表面滚动。
[0007] 还包括混合液回收箱，所述清水排放总管的下端通过混合液封闭阀连通于混合液回收箱内，所述清洗罐的底部通过排空管连通至混合液回收箱内，同时在排空管上安装有排空封闭阀。
[0008] 所述的渗透冲击罐包括渗透罐体一、其上端封头中部固定有清料搅拌电机，清料搅拌电机的电机转轴的上端通过上轴承及上轴承座安装在罐体上端封头中心，下端通过下轴承及下轴承座安装在下轴承支架，下轴承支架固定在罐体中部的中心且位于过滤层上侧；同时在所述电机转轴上固定有铰接座，铰接座的侧面通过销轴铰接有铰接杆，铰接杆的末端通过销轴铰接有刮板，各刮板的下表面与所述过滤层的上表面匹配贴合，相邻各刮板沿径向交错分布。
[0009] 根据权利要求所述的微生物破壁萃取系统，其特征在于，所述过滤层的周边缘通过网端支座固定在罐体内壁，过滤层的下方还均布固定有网下支撑筋，各网下支撑筋的外端分别固定在所述网端支座上，内端分别固定在所述下轴承支架周边缘。
[0010] 在所述渗透液罐顶部还安装有渗透液补充管，并设置密封阀。
[0011] 所采用的渗透液为高浓度的甘油或蔗糖或氯化钠混合溶液。
[0012] 含冰破碎机的驱动机构包括粉碎电机和粉碎变速箱，两者固定在盖板上且传动连接，粉碎变速箱的输出轴与所述粉碎转轴通过联轴器传动连接。
[0013] 在所述含冰破碎机的顶部设置有补水管，同时在盖板内部或者罐体内壁分布固定有多个喷头，各喷头分别与补水管连通。
[0014] 所述研磨剂为陶瓷球、石英砂及氧化铝以4:2:1混合在一起，快速搅拌，使细胞获得破碎。
[0015] 冷冻罐的驱动机构包括冷罐旋转电机和冷冻变速箱，两者固定在顶盖上且传动连接，冷冻变速箱的转轴通过联轴器与所述中心转轴传动连接。
[0016] 位于所述圆柱段上端的盖板，其一侧通过销轴铰接在圆柱段一侧边，另一侧通过扣件或螺栓固定在圆柱段的另一侧。
[0017] 本发明的有益效果：本发明首先通过渗透冲击罐降低微生物细胞壁强度，该过程并不需要直接破壁，所以是一种较温和破碎预处理过程，通过渗透冲击罐的反复渗透压的作用，细胞内水分便向外渗出，细胞发生收缩，当达到平衡后，将介质快速稀释，或将细胞转入水或缓冲液中，由于渗透压的突然变化，胞外的水迅速渗入胞内，引起细胞快速膨胀，从而降低肽键的数量和交联程度，进而降低和硬性其细胞壁中肽聚糖的网状结构。
[0018] 本发明通过渗透冲击罐进行渗透压冲击处理后，又通过冷冻罐使微生物细胞快速冷冻并配合铲刮使其形成较小体积的冰冻体，胞内水结晶，形成冰晶粒，引起细胞膨胀而破裂。该过程仅存在一次冰冻和一次融化解冻过程，所以基本不会造成胞质中所需的物质变质。本发明在进行冰冻状态下进行机械破碎，利用含刀片和锤头的粉碎机将冰冻体粉碎至更小体积后，利用研磨剂与冰冻细胞一起快速搅拌研磨，使细胞获得破碎。该过程不会因摩擦和撞击产生的局部高温会导致胞质中所需的物质变质问题出现，确保不影响蛋白质活性，提高回收率，冰冻状态下高速研磨也会造成研磨面冰冻细胞快速融化，能使细胞膜的疏水键结构破裂，从而增加细胞的亲水性能。冰冻状态研磨后能够实现细菌细胞很高的破壁率，通常破壁率在95-98%以上。
附图说明
[0019] 图1是本发明系统连接示意图。
[0020] 图2是图1中渗透冲击罐的剖面结构示意图。
[0021] 图3是图1中冷冻罐的内部结构示意图。
[0022] 图4是图1中含冰破碎机的剖面结构示意图。
[0023] 图5是控制部分框图。
[0024] 图中标号：渗透冲击罐1 ，渗透液罐2，清洗罐3，混合液回收箱4，冷冻罐5，制冷系统6，热交换系统7，含冰破碎机8，泵送机构9，加料口10，渗透罐体一11，清料搅拌电机12，电机转轴13，上轴承座131，下轴承座132，下轴承支架133，锥形密封罩14，环形腔15，过滤层16，网端支座161，网下支撑筋162，铰接座17，铰接杆171，刮板172，排料电磁球阀18，排料管
19，补水管20，渗透罐体二21，渗透液连通管22，负压支管一23，渗透液封闭阀24，渗透液补充管25，清水罐体31，清水排放总管32，清水排放支管33，排空管34，负压支管二35，清水封闭阀36，混合液封闭阀37，排空封闭阀38，冷罐主体51，顶盖52，底板53，中心转轴54，冷罐旋转电机55，冷冻变速箱56，转盘57，漏料孔571，铲冰板572，加液斗58，排冰口59，圆柱段81，圆锥段82，盖板83，粉碎电机84，粉碎变速箱841，粉碎转轴842，粉碎锤843，粉碎刀844，拨球杆845，下轴座846，下轴支架847，加冰口85，出口86，补水管87，喷头871，陶瓷球88，细滤网
89，滤网支架891。
具体实施方式
[0025] 微生物发酵在工业中发挥着巨大的作用，很多抗生素、酶类、有机酸、色素等均通过微生物发酵获得，但其细胞壁具有固定的外形和坚韧性，控制细胞内外物质的交换，破壁难度很大，现有对于微生物细胞破碎和萃取即过滤装置结构复杂，操作过程繁琐，不能达到物体细胞良好的萃取过滤效果，从而影响萃取质量，而且不适合大规模工业化使用，以下实例1应用于一种针对酵母菌破壁大量获取有益产物的途径，是将机械与非机械方式相结合的微生物破壁和萃取过程，在低温条件下通过机械破碎方式，避免因摩擦和撞击产生的局部高温会导致胞质中所需的物质变质问题，确保不影响蛋白质活性，提高回收率。
[0026] 实施例1：该微生物破壁萃取系统主要部分如图1所示，主要部分组成包括渗透冲击罐1、渗透液罐2、清洗罐3、混合液回收箱4、冷冻罐5、制冷系统6、热交换系统7、含冰破碎机8和泵送机构9等。
[0027] 其中，渗透冲击罐1的内部结构如图2所示，渗透冲击罐1的上端封头一侧有加料口用于将酵母菌制备成的细胞悬液（缓释液配比时的菌体量比pbs体积为10 ～ 30％）通入渗透罐体一11内，渗透冲击罐1的上端封头另一侧还有补液管及对应补液电机M2，以及呼吸管路并安装呼吸阀。渗透罐体一11的上端封头中部固定有清料搅拌电机12，清料搅拌电机12的电机转轴13的上端通过上轴承及上轴承座131安装在罐体上端封头中心，下端通过下轴承及下轴承座132安装在下轴承支架133。下轴承支架133固定在罐体中部的中心且位于过滤层16上侧，过滤层16的孔径以透水和滞留细胞及悬浮杂质、部分培养基为准设计，不能透网的杂物定期清理，过滤层16包括上网层和下网层以及中间的半透膜层通过边缘固定复合而成。在排料之前首先通过渗透液罐2和清洗罐3对渗透冲击罐1作用，使渗透冲击罐降低微生物细胞壁强度，该过程并不需要直接破壁。
[0028] 又在电机转轴13上固定有铰接座17，铰接座17的侧面通过销轴铰接有铰接杆171，铰接杆171的末端通过销轴铰接有刮板172，各刮板172的下表面与所述过滤层16的上表面匹配贴合，相邻各刮板172沿径向交错分布，确保刮板覆盖整个或绝大部分滤网，各刮板随电机转轴转动时，能够清理滤网表面以确保滤网的通透性。
[0029] 在渗透罐体一11内底部中心固定有锥形密封罩14，锥形密封罩14与罐体内壁围成环形腔15。锥形密封罩14上端固定连接所述过滤层16中心底部，过滤层16的周边缘通过网端支座161固定在罐体内壁。以提高过滤层强度为目的在过滤层16的下方还均布固定有网下支撑筋162，各网下支撑筋162的外端分别固定在所述网端支座161上，内端分别固定在所述下轴承支架133周边缘。
[0030] 图2中可以看出，在环形腔15底部的两侧分别设置出口且分别通过相应管道与渗透液罐2（上端含有呼吸管一和控制阀Q31）和清洗罐3（上端含有呼吸管二和控制阀Q32）连通。在过滤层16中心设置有出口并安装有排料电磁球阀18及排料管19，该排料管19通过所述泵送机构9与所述冷冻罐5上端入口连通，冷冻罐5的下端与含冰破碎机8的上端入口连通。
[0031] 如图1和图2，渗透液罐2的渗透罐体二21底部设置有入口并通过渗透液连通管22与所述环形腔15底部的一个出口连通。在渗透液连通管22上安装有渗透液封闭阀24，在渗透罐体二21顶部设置有抽气口并密封安装有负压支管一23。
[0032] 在渗透液罐2顶部还安装有渗透液补充管25，并设置密封阀。所采用的渗透液为高浓度的甘油或蔗糖或氯化钠混合溶液。
[0033] 清洗罐3包括清水罐体31，清水罐体31的底部设置有入口并通过清水排放总管32和清水排放总管32与所述环形腔15底部的另一个出口连通，同时在清水排放总管32上安装有清水封闭阀36。在清水罐体31的顶部设置有抽气孔并密封安装有负压支管二35；所述负压支管一23和负压支管二35通过三通管与真空泵抽气口连接，同时分别在负压支管一23和负压支管二35上安装气路电磁阀一和气路电磁阀二。
[0034] 受控于电磁阀Q1和Q2，在M1作用下，渗透液罐2和清洗罐3交替工作。控制部分如图5所示，采用西门子PLC控制器份别接收多个传感器T1、S1、BL1和BL2信号，根据程序设计分别控制继电器组KM1-KM6进而控制多个电机M1-M6分别工作，以及控制阀组Q1-Q3、Q11、Q21-Q23作用。其中，T1为温度传感器，S1为液位传感器，BL1和BL2为渗透液浓度传感器。M1为负压系统真空泵，M2为补液电机，M3为送料泵，M4为搅拌电机，M5为旋转电机一，M6为旋转电机二。具体控制过程是，在向渗透冲击罐1内补充含有酵母菌的细胞悬浮液后，搅拌电机M4持续旋转，（1）Q1闭合，Q2打开，Q11闭合，Q21打开，Q22和Q23闭合，并启动M1，使渗透冲击罐1内液体被抽向清洗罐3一侧，排空渗透冲击罐1内液体部分；（2）Q1闭合，Q2闭合，Q11打开，Q21闭合，Q22或Q23打开，使渗透液从渗透液罐2进入渗透冲击罐1内；（3）Q1打开，Q2闭合，Q11打开，启动M1，使渗透液从渗透冲击罐1回入渗透液罐2内；（4）Q11闭合，Q21打开，使清水进入渗透冲击罐1内。循环以上各步骤。渗透冲击罐降低微生物细胞壁强度，该过程并不需要直接破壁，是一种较温和破碎预处理过程。通过渗透冲击罐的反复渗透压的作用，细胞内水分便向外渗出，细胞发生收缩，当达到平衡后，将介质快速稀释，或将细胞转入水或缓冲液中，由于渗透压的突然变化，胞外的水迅速渗入胞内，引起细胞快速膨胀，从而降低细胞壁的交联程度，进而降低硬性。
[0035] 上述处理后的细胞通过排料电磁球阀18和排料管19以及泵送机构9被转移至冷冻罐5的加料都58内。如图3所示的冷冻罐5包括冷罐主体51、顶盖52和底板53，位于顶盖52上设置有加液斗58，位于底板53上设置有排冰口59。在顶盖52和底板53的中心通过轴承安装有中心转轴54，中心转轴54的一端与驱动机构传动连接，中心转轴54位于罐体内的部分均布安装有多层转盘57，每层转盘57的外缘和内缘分别有挡边从而形成环形容纳区，每层转盘57上各设置有漏料孔571，同时分别在每层转盘57的上侧设置有铲冰板572，各铲冰板572的外端固定在罐体内壁上，各铲冰板572的下侧设置有铲面，且与每层转盘57的环形容纳区底面匹配接触，各铲冰板572的长度略大于相应漏料孔571的长度；上下相邻的转盘57的漏料孔571位置依次错位分布；当电机M5工作时，驱动中心转轴54转动进而带动各层转盘57同步转动，位于各层转盘57的排冰口59上侧的铲冰板572，能够将上层转盘内的冰体铲送至下层，但上下层转移时并不同步，从而延长了冷冻时间。铲冰板572持续工作还能防止冰体与转盘过度硬化无法脱离的问题发生，使冰体始终处于较小粒径。冷冻罐5的驱动机构包括冷罐旋转电机55和冷冻变速箱56，两者固定在顶盖52上且传动连接，冷冻变速箱56的转轴通过联轴器与所述中心转轴54传动连接。
[0036] 如图4的含冰破碎机8包括圆柱段81和圆锥段82以及盖板83。位于所述圆柱段81上端的盖板83，其一侧通过销轴铰接在圆柱段81一侧边，另一侧通过扣件或螺栓固定在圆柱段81的另一侧。盖板83上设置有加冰口85，圆锥段82的中心为破壁出口86在圆柱段81的底部固定有滤网支架891和下轴支架847，两者的外端分别固定在圆柱段81和圆锥段82内壁，两者的内端交汇固定在一起，在所述滤网支架891的上侧固定有细滤网89，在所述盖板的中心安装有上轴承，同时在所述下轴支架847中心安装下轴座846，下轴座846内有下轴承，在上下轴承内套装有粉碎转轴842，该粉碎转轴842与对应驱动机构传动连接，在所述粉碎转轴842上沿径向固定有粉碎锤843、粉碎刀844和拨球杆845，其中拨球杆845位于最下层且与所述细滤网89接近，在细滤网89上侧铺设有研磨剂，所述拨球杆845能够接触研磨剂并驱动研磨剂沿细滤网89表面滚动。所述研磨剂为陶瓷球88、石英砂及氧化铝以4:2:1混合在一起，快速搅拌，使细胞获得破碎。
[0037] 含冰破碎机8的驱动机构包括粉碎电机84和粉碎变速箱841，两者固定在盖板83上且传动连接，粉碎变速箱841的输出轴与所述粉碎转轴842通过联轴器传动连接。
[0038] 在所述含冰破碎机8的顶部设置有补水管87，同时在盖板83内部或者罐体内壁分布固定有多个喷头871，各喷头871分别与补水管87连通。
[0039] 通过渗透冲击罐进行渗透压冲击处理后，又通过冷冻罐使微生物细胞快速冷冻并配合铲刮使其形成较小体积的冰冻体，胞内水结晶，形成冰晶粒，引起细胞膨胀而破裂。该过程仅存在一次冰冻和一次融化解冻过程，所以基本不会造成胞质中所需的物质变质。本发明在进行冰冻状态下进行机械破碎，利用含刀片和锤头的粉碎机将冰冻体粉碎至更小体积后，利用研磨剂与冰冻细胞一起快速搅拌研磨，使细胞获得破碎。该过程不会因摩擦和撞击产生的局部高温会导致胞质中所需的物质变质问题出现，确保不影响蛋白质活性，提高回收率，冰冻状态下高速研磨也会造成研磨面冰冻细胞快速融化，能使细胞膜的疏水键结构破裂，从而增加细胞的亲水性能。冰冻状态研磨后能够实现细菌细胞很高的破壁率，通常破壁率在95-98%以上。
[0040] 实施例2：在实施例1基础上，还包括混合液回收箱4，所述清水排放总管32的下端通过混合液封闭阀37连通于混合液回收箱4内，所述清洗罐3的底部通过排空管34连通至混合液回收箱4内，同时在排空管34上安装有排空封闭阀38。采用西门子PLC控制器份别接收多个传感器T1、S1、BL1和BL2信号，根据程序设计分别控制继电器组KM1-KM6进而控制多个电机M1-M6分别工作，以及控制阀组Q1-Q3、Q11、Q21-Q23、Q31和Q32作用。其中，T1为温度传感器，S1为液位传感器，BL1和BL2为渗透液浓度传感器。M1为负压系统真空泵，M2为补液电机，M3为送料泵，M4为搅拌电机，M5为旋转电机一，M6为旋转电机二。具体控制过程是，在向渗透冲击罐1内补充含有酵母菌的细胞悬浮液后，搅拌电机M4持续旋转，首先Q1闭合，Q2打开，Q11闭合，Q32闭合，Q21打开，Q22和Q23闭合，并启动M1，使渗透冲击罐1内液体被抽向清洗罐3一侧，排空渗透冲击罐1内液体部分。然后Q1闭合，Q2闭合，Q11打开，Q31打开，Q32打开，Q21闭合，Q22或Q23打开，使渗透液从渗透液罐2进入渗透冲击罐1内。其次Q1打开，Q2闭合，Q11打开，Q31闭合，启动M1，使渗透液从渗透冲击罐1回入渗透液罐2内。再次Q11闭合，Q21闭合，启动M2使清水进入渗透冲击罐1内。循环以上各步骤。
[0041] 实施例3：采用类似于实施例1中所述机械与非机械方式相结合的技术对特定细菌进行破壁的过程。细菌在自然界中分布极广，数量大，种类多，它可以造福人类，也可以成为致病的原因。在生物科技领域中，有益细菌有着广泛的运用，大多有益数细菌可用人工方法培养，即将其接种于培养基上，使其生长繁殖，培养出来的细菌用于研究、鉴定和应用，以及进行细胞破碎蛋白提取和药物应用等。细胞壁位于菌细胞的最外层，包绕在细胞膜的周围，组成较复杂，并随细菌不同而异，几乎所有细菌的细胞壁是难溶性肽聚糖的网状结构，其网结构交联程度大，肽键的数量导致致密程度高，破壁难度很大，现有对于细菌细胞破碎和萃取即过滤装置结构复杂，操作过程繁琐，不能达到物体细胞良好的萃取过滤效果，从而影响工作质量，而且不适合大规模工业化使用，以下对于一种链霉菌破壁和粗酶液提取（有些细菌分裂后的子细胞分开，形成单个的菌体，有的则不分开，形成一定的排列方式，如链球菌、链杆菌等），是将机械与非机械方式相结合的细菌破壁和萃取过程，在低温条件下通过机械破碎方式，避免因摩擦和撞击产生的局部高温会导致胞质中所需的物质变质问题，确保不影响蛋白质活性，提高回收率。
[0042] 本实施例与实施例1所采用的设备和处理方式基本相同，相同之处不重述，不同的是，采用缓释液配比时的菌体量比pbs体积为1:3。通过渗透液罐2和清洗罐3对渗透冲击罐1作用，使渗透冲击罐降低微生物细胞壁强度，该过程并不需要直接破壁，所以是一种较温和破碎预处理过程，通过渗透冲击罐的反复渗透压的作用，细胞内水分便向外渗出，细胞发生收缩，当达到平衡后，将介质快速稀释，或将细胞转入水或缓冲液中，由于渗透压的突然变化，胞外的水迅速渗入胞内，引起细胞快速膨胀，从而降低肽键的数量和交联程度，进而降低和硬性其细胞壁中肽聚糖的网状结构。
