食品与饮料：裂解-破碎

应用目的

对酵母细胞进行破碎，以提取食品和饮料行业感兴趣的宝贵化合物，如酶、色素、维生素或生物活性化合物。

挑战

破碎细胞壁对于高效提取细胞内成分至关重要¹。由于酵母细胞受到刚性细胞壁的保护，这种细胞壁可能对裂解具有抵抗力，因此破碎过程相当具有挑战性。

我们如何实现？

酵母是蛋白质、酶、多糖甚至油脂的极具吸引力和经济性的来源。例如，S. cerevisiae广泛用于蛋白质生产，包括用于动物饲料和人类饮食的单细胞蛋白。它还用于保健品和食品工业的天然风味化合物²。另一种酵母Y. lipolytica以其分泌脂肪酶的能力而闻名，这在食品、制药和环境工业中具有重要价值。它还可以在营养限制条件下产生柠檬酸，并积累单细胞油，这具有作为可可脂替代品的潜在应用³。

已经探索了几种用于细胞裂解的机械方法，如高压均质、珠磨和转子-定子系统。Kinematica以其转子-定子设备而闻名，这些设备已被证明能够破碎某些细胞，例如真菌Fusarium，通过POLYTRON® PT 1200C ⁴可以实现DNA的提取。然而，高压均质适用于更广泛的细胞类型，并且可以实现高破碎效率。

Kinematica致力于开发最高效率的前沿技术，其范围超越了转子-定子系统。正是通过与苏黎世联邦理工学院的合作，新型ATOMIX®应运而生，作为传统高压均质机的替代方案。凭借其新颖且获得专利的工作腔设计，ATOMIX®解决了传统设备存在的难题。

Kinematica解决方案

最常见的工作腔（也称为交互腔）分为两类：径向扩散器和对撞射流分散器⁵。这些交互腔的设计实现了两种场景：要么流体射流撞击固定壁，要么多股射流相互碰撞。这些设计会促进流动相互作用，可能导致聚并，存在一些死区，并且腔体内存在气蚀较严重的区域。

高压均质机中常见的交互腔（Gall et al., 2016）

ATOMIX®工作腔的特殊且重新工程设计促进了大量的拉伸流，这对于在高粘度比乳液中实现高效液滴破碎至关重要，并且有利于细胞破碎。此外，通过设计，交互腔无死区，气蚀现象减少从而提高了性能，并且流动可控，从而提升了产品质量。

酵母细胞浆料已使用ATOMIX®和一家主流竞争产品进行处理。结果表明，在相同压力下运行1次后，使用ATOMIX®处理后的样品在更小的细胞直径上具有更高的体积密度。这意味着更多的细胞被破碎成更小的颗粒，因此，提取过程更容易，产量更高，时间更短！

您有酵母或真菌的应用吗？请联系我们science@kinematica.ch

1 刘丹 等人. “酵母细胞破碎策略以回收胞内生物活性化合物——综述.” 《创新食品科学与新兴技术》, 第36卷, 2016年, 页181–192, https://doi.org/10.1016/j.ifset.2016.06.017.

2 加涅娃, 瓦伦蒂娜 等人. “通过脉冲电场处理从面包酵母中提取蛋白质及其他胞内生物活性化合物.” 《生物工程与生物技术前沿》, 第8卷, 2020年12月, 第552335页, https://doi.org/10.3389/fbioe.2020.552335.

3 洛佩斯-戈麦斯, 何塞·巴勃罗, 和 克里斯蒂娜·佩雷斯-里韦罗. “细胞系统.”《综合生物技术》, 爱思唯尔, 2019年, 页9–21, https://doi.org/10.1016/B978-0-444-64046-8.00067-7.

4 德尼斯, 莫尼克 等人. “分子分析中采用及不采用机械细胞破碎的镰刀菌DNA分离.” 《微生物学方法杂志》, 第27卷, 第1期, 1996年9月, 页13–17, https://doi.org/10.1016/0167-7012(96)00920-7.

5 加尔, 瓦妮莎 等人. “通过使用同时乳化与混合 (SEM) 延展高压均质应用——概述.” 《工艺》, 第4卷, 第4期, 2016年11月, 第46页, https://doi.org/10.3390/pr4040046.