1、泡沫對發(fā)酵的影響及控制泡沫對發(fā)酵的影響及控制泡沫泡沫 由于培育基中有蛋白類外表活性劑存在，由于培育基中有蛋白類外表活性劑存在，在通氣條件下，培育液中就出現了泡沫。在通氣條件下，培育液中就出現了泡沫。 泡沫是氣體被分散在少量液體中的膠體體泡沫是氣體被分散在少量液體中的膠體體系，氣液之間被一層液膜隔開，彼此不相系，氣液之間被一層液膜隔開，彼此不相連通。連通。 兩種類型：機械性泡沫和流態(tài)泡沫兩種類型：機械性泡沫和流態(tài)泡沫 基質中的有機氮源基質中的有機氮源( (黃豆餅粉等黃豆餅粉等) )的種類與的種類與濃度是影響起泡的主要緣由濃度是影響起泡的主要緣由本節(jié)內容：本節(jié)內容： 泡沫對發(fā)酵的影響泡沫對發(fā)酵的影

2、響 發(fā)酵過程中泡沫的變化發(fā)酵過程中泡沫的變化 泡沫的控制泡沫的控制一、泡沫的構成及其對發(fā)酵的影響一、泡沫的構成及其對發(fā)酵的影響 在大多數微生物發(fā)酵過程中，通氣、攪拌以在大多數微生物發(fā)酵過程中，通氣、攪拌以及代謝氣體的逸出，再加上培育基中糖、蛋白質、及代謝氣體的逸出，再加上培育基中糖、蛋白質、代謝物等外表活性劑的存在，培育液中就構成了代謝物等外表活性劑的存在，培育液中就構成了泡沫。泡沫。泡沫的多少與攪拌、通風、培育基性質有關。泡沫的多少與攪拌、通風、培育基性質有關。蛋白質原料如蛋白胨、玉米漿、黃豆粉、酵母粉等蛋白質原料如蛋白胨、玉米漿、黃豆粉、酵母粉等是主要的發(fā)泡劑。是主要的發(fā)泡劑。糊精含量多也

3、引起泡沫的構成。糊精含量多也引起泡沫的構成。當發(fā)酵感染雜菌和噬菌體時，泡沫異常多。當發(fā)酵感染雜菌和噬菌體時，泡沫異常多。少量泡沫的作用：少量泡沫的作用：一定數量的泡沫是正常景象，可以添加氣液接觸面一定數量的泡沫是正常景象，可以添加氣液接觸面積，導致氧傳送速率添加；積，導致氧傳送速率添加；大量的泡沫引起許多負作用：大量的泡沫引起許多負作用：發(fā)酵罐的裝料系數減少、氧傳送系統減小；發(fā)酵罐的裝料系數減少、氧傳送系統減小；添加了菌群的非均一性；添加了菌群的非均一性；呵斥大量逃液，添加染菌時機；呵斥大量逃液，添加染菌時機；嚴重時通氣攪拌無法進展，菌體呼吸遭到妨礙，導嚴重時通氣攪拌無法進展，菌體呼吸遭到妨礙

4、，導致代謝異常或菌體自溶；致代謝異常或菌體自溶；消泡劑的添加將給提取工序帶來困難。消泡劑的添加將給提取工序帶來困難。二、泡沫的變化二、泡沫的變化 通氣和攪拌：通氣和攪拌： 隨通氣和攪拌添加而添加，攪拌比通氣影響大；隨通氣和攪拌添加而添加，攪拌比通氣影響大； 培育基原料性質：培育基原料性質： 蛋白胨、玉米漿、花生餅粉、黃豆餅粉、酵母蛋白胨、玉米漿、花生餅粉、黃豆餅粉、酵母粉等蛋白質原料是主要發(fā)泡物質；粉等蛋白質原料是主要發(fā)泡物質； 培育基滅菌方法：培育基滅菌方法： 溫度過高，構成蛋白黑色素，泡沫增多；溫度過高，構成蛋白黑色素，泡沫增多； 細胞代謝活動：細胞代謝活動： 初期，高粘度、低張力，泡多；

5、中期，粘度降、初期，高粘度、低張力，泡多；中期，粘度降、張力升，泡少；后期，自溶，泡上升。張力升，泡少；后期，自溶，泡上升。發(fā)酵過程泡沫的變化發(fā)酵過程泡沫的變化v通氣與攪拌的強度通氣與攪拌的強度v培育基的配比及原資料組成培育基的配比及原資料組成v培育基的破壞程度培育基的破壞程度v接種量的大小接種量的大小v培育液本身性質的變化培育液本身性質的變化v培育基滅菌的方法和操作培育基滅菌的方法和操作v染菌染菌三、影響泡沫穩(wěn)定的要素三、影響泡沫穩(wěn)定的要素不同攪拌速度和通氣量對泡沫影響不同攪拌速度和通氣量對泡沫影響不同濃度蛋白質原科的起泡作用不同濃度蛋白質原科的起泡作用滅菌時間對泡沫穩(wěn)定性的影響滅菌時間對泡

6、沫穩(wěn)定性的影響 調整培育基中的成分如少加或緩加易起泡的調整培育基中的成分如少加或緩加易起泡的原料或改動某些物理化學參數如原料或改動某些物理化學參數如pHpH值、溫值、溫度、通氣和攪拌或者改動發(fā)酵工藝如采用度、通氣和攪拌或者改動發(fā)酵工藝如采用分次投料來控制，以減少泡沫構成的時機。分次投料來控制，以減少泡沫構成的時機。采用菌種選育的方法，挑選不產生流態(tài)泡沫的采用菌種選育的方法，挑選不產生流態(tài)泡沫的菌種，來消除起泡的內在要素。菌種，來消除起泡的內在要素。采用機械消泡或消泡劑來消除已構成的泡沫。采用機械消泡或消泡劑來消除已構成的泡沫。1. 1. 機械消泡機械消泡物理消泡方法，利用機械劇烈振動或壓力變化

7、而使泡沫破裂。物理消泡方法，利用機械劇烈振動或壓力變化而使泡沫破裂。優(yōu)點：節(jié)省原料，減少染菌時機。優(yōu)點：節(jié)省原料，減少染菌時機。缺陷：消泡效果不理想，僅可作為消泡的輔助方法。缺陷：消泡效果不理想，僅可作為消泡的輔助方法。罐內消泡罐內消泡靠罐內消泡槳轉動打碎泡沫。靠罐內消泡槳轉動打碎泡沫。罐外消泡罐外消泡將泡沫引出罐外，經過噴嘴的加速作用或離心力來消除泡沫將泡沫引出罐外，經過噴嘴的加速作用或離心力來消除泡沫2. 消泡劑消泡消泡劑消泡A.A.消泡劑的作用：消泡劑的作用：降低泡沫液膜的機械強度；降低泡沫液膜的機械強度；降低液膜的外表黏度；降低液膜的外表黏度；兼有兩者的作用，到達破裂泡沫的目的。兼有兩

8、者的作用，到達破裂泡沫的目的。B.作為生物工業(yè)理想的消泡劑，應具備以下條件：作為生物工業(yè)理想的消泡劑，應具備以下條件：應該在氣液界面上具有足夠大的鋪展系數，才干迅速發(fā)揚消泡作應該在氣液界面上具有足夠大的鋪展系數，才干迅速發(fā)揚消泡作用，這就要求消泡劑有一定的親水性；用，這就要求消泡劑有一定的親水性；應該在低濃度時具有消泡活性；應該在低濃度時具有消泡活性；應該具有耐久的消泡或抑泡性能，以防止構成新的泡沫；應該具有耐久的消泡或抑泡性能，以防止構成新的泡沫；應該對微生物、人類和動物無毒性；應該對微生物、人類和動物無毒性；應該對產物的提取不產生影響；應該對產物的提取不產生影響；不會在運用、運輸中引起任何

9、危害；不會在運用、運輸中引起任何危害；來源方便，本錢低；來源方便，本錢低；應該對氧傳送不產生影響；應該對氧傳送不產生影響；能耐高溫滅菌。能耐高溫滅菌。C.常用的消泡劑有常用的消泡劑有4大類：大類：天然油脂類天然油脂類脂肪酸和酯類脂肪酸和酯類聚醚類聚醚類硅酮類硅酮類以天然油脂類和聚醚類在生物發(fā)酵中最為常用。以天然油脂類和聚醚類在生物發(fā)酵中最為常用。豆油、玉米油、棉籽油、菜籽油和豬油等。豆油、玉米油、棉籽油、菜籽油和豬油等。油不僅用作消泡劑，還可作為碳源和發(fā)酵控制的手段。油不僅用作消泡劑，還可作為碳源和發(fā)酵控制的手段。在發(fā)酵中，要控制油的質量、新穎程度，并要進展發(fā)酵實驗檢驗。在發(fā)酵中，要控制油的質

10、量、新穎程度，并要進展發(fā)酵實驗檢驗。聚醚類消泡劑種類很多，它們是氧化丙稀或氧化丙稀和環(huán)氧乙烷與甘油聚合聚醚類消泡劑種類很多，它們是氧化丙稀或氧化丙稀和環(huán)氧乙烷與甘油聚合而成的聚合物。而成的聚合物。聚氧丙稀甘油聚氧丙稀甘油GP型型氧化丙稀和甘油聚合；親水性差，在發(fā)泡介質氧化丙稀和甘油聚合；親水性差，在發(fā)泡介質中的溶解度小，所以用于稀薄發(fā)酵液中要比用于粘稠發(fā)酵液中的效果好；抑中的溶解度小，所以用于稀薄發(fā)酵液中要比用于粘稠發(fā)酵液中的效果好；抑泡性能比消泡性能好，適宜用于根底培育基中，以抑制泡沫的產生。泡性能比消泡性能好，適宜用于根底培育基中，以抑制泡沫的產生。聚氧乙烯氧丙稀甘油聚氧乙烯氧丙稀甘油GP

11、E型，泡敵型，泡敵氧化丙稀、環(huán)氧乙烷與甘油聚合；氧化丙稀、環(huán)氧乙烷與甘油聚合；親水性好，在發(fā)泡介質中易鋪展，消泡才干強，作用快，溶解度大，消泡活親水性好，在發(fā)泡介質中易鋪展，消泡才干強，作用快，溶解度大，消泡活性維持時間短，用于粘稠發(fā)酵液的效果比用于稀薄的好。性維持時間短，用于粘稠發(fā)酵液的效果比用于稀薄的好。D.運用消泡劑時的增效方法：運用消泡劑時的增效方法：加載體增效，即用惰性載體如礦物油、植物油等使消泡加載體增效，即用惰性載體如礦物油、植物油等使消泡劑溶解分散，到達增效的目的；劑溶解分散，到達增效的目的；消泡劑并用增效，取各種消泡劑的優(yōu)點進展互補，到達增效；消泡劑并用增效，取各種消泡劑的優(yōu)

12、點進展互補，到達增效；乳化消泡劑增效，用乳化劑或分散劑將消泡劑制成乳劑，乳化消泡劑增效，用乳化劑或分散劑將消泡劑制成乳劑，以提高分散才干，加強消泡效能，普通只適用于親水性以提高分散才干，加強消泡效能，普通只適用于親水性差的消泡劑。差的消泡劑。GP和和GPE 1:1混合運用于土霉素發(fā)酵，結果比單獨運用混合運用于土霉素發(fā)酵，結果比單獨運用GP的效能提高的效能提高2倍。倍。用吐溫用吐溫-80制成的乳劑，用于慶大霉素發(fā)酵，效能提高制成的乳劑，用于慶大霉素發(fā)酵，效能提高12倍。倍。在消費過程中，消泡的效果除了與消泡劑的種類、性質、在消費過程中，消泡的效果除了與消泡劑的種類、性質、分子量大小、消泡劑親油親水基團等親密相關外，還與消分子量大小、消泡劑親油親水基團等親密相關外，還與消泡劑運用時參與方法、運用濃度、溫度等有很大關系，應泡劑運用時參與方法、運用濃度、溫度等有很大關系，應結合消費實踐加以留意和處理。結合消費實踐加以留意和處理。泡沫的檢測和控制泡沫的檢測和控制 最簡單的檢測是定時在發(fā)酵罐視孔上察看最簡單的檢測是定時在發(fā)酵罐視孔上察看泡沫產生情況，發(fā)現泡沫繼續(xù)上升時，開泡沫產生情況，發(fā)現泡沫繼續(xù)上升時，開啟消泡劑貯罐的閥門，流加少量消泡劑，啟消泡劑貯罐的閥門，流加少量消泡劑，使泡沫消逝