發(fā)酵技術(shù)中的泡沫的控制

1、發(fā)酵技術(shù)中的泡沫的控制發(fā)酵技術(shù)中的泡沫的控制1泡沫的產(chǎn)生、性質(zhì)及變化泡沫的產(chǎn)生、性質(zhì)及變化形成條件：形成條件：?氣液兩相共存；液兩相共存；?表面張力大的物質(zhì)存在；表面張力大的物質(zhì)存在；發(fā)酵過程中泡沫有兩種類型：發(fā)酵過程中泡沫有兩種類型：?一種是發(fā)酵液液面上的泡沫，氣相所占的比例特別大，與液體有較明顯的界限，如一種是發(fā)酵液液面上的泡沫，氣相所占的比例特別大，與液體有較明顯的界限，如發(fā)酵前期的泡沫；發(fā)酵前期的泡沫；?另一種是發(fā)酵液中的泡沫，

2、又稱流態(tài)泡沫另一種是發(fā)酵液中的泡沫，又稱流態(tài)泡沫(fluidfoam)，分散在發(fā)酵液中，比較穩(wěn)定，，分散在發(fā)酵液中，比較穩(wěn)定，與液體之間無明顯的界限。與液體之間無明顯的界限。?實質(zhì)：氣溶膠構(gòu)成的膠體系統(tǒng)，其分散相是空氣和代謝氣，連續(xù)相是發(fā)酵液，泡沫實質(zhì)：氣溶膠構(gòu)成的膠體系統(tǒng)，其分散相是空氣和代謝氣，連續(xù)相是發(fā)酵液，泡沫間隔著一層液膜而被彼此分開不相連通。間隔著一層液膜而被彼此分開不相連通。泡沫是熱力學不穩(wěn)定體系泡沫是熱力學不穩(wěn)定體系熱力

3、學第二定律指出：自發(fā)過程，總是從自由能較高的狀態(tài)向自由能較低的狀態(tài)變化。起熱力學第二定律指出：自發(fā)過程，總是從自由能較高的狀態(tài)向自由能較低的狀態(tài)變化。起泡過程中自由能變化如下：泡過程中自由能變化如下：△G=γ△A△G——自由能的變化自由能的變化△A——表面積的變化表面積的變化γ——比表面能比表面能起泡時，液體表面積增加，起泡時，液體表面積增加，△A為正值，因而為正值，因而△G為正值，也就是說，起泡過程不是自發(fā)為正值，也就是說，起泡過程不

4、是自發(fā)過程。另一方面，泡沫的氣液界面非常大。過程。另一方面，泡沫的氣液界面非常大。例如：半徑例如：半徑1cm厚0.001cm的一個氣泡，內(nèi)外兩面的氣液界面達的一個氣泡，內(nèi)外兩面的氣液界面達25cm2；可是，當其；可是，當其破滅為一個液滴后，表面積只有破滅為一個液滴后，表面積只有0.2cm2相差上百倍。相差上百倍。泡沫破滅、合并的過程中，自由能減小的數(shù)值很大。因此泡沫的熱力學不穩(wěn)定體系，泡沫破滅、合并的過程中，自由能減小的數(shù)值很大。因此泡

5、沫的熱力學不穩(wěn)定體系，終歸會變成具有較小表面積的無泡狀態(tài)。終歸會變成具有較小表面積的無泡狀態(tài)。發(fā)酵過程泡沫產(chǎn)生的原因發(fā)酵過程泡沫產(chǎn)生的原因（1）通氣攪拌的強烈程度）通氣攪拌的強烈程度發(fā)酵前期培養(yǎng)基成分豐富，易起泡。發(fā)酵前期培養(yǎng)基成分豐富，易起泡。?采用較小通氣量及攪拌轉(zhuǎn)速，再逐步加大。采用較小通氣量及攪拌轉(zhuǎn)速，再逐步加大。?也可在基礎料中加入消泡劑。也可在基礎料中加入消泡劑。（2）培養(yǎng)基配比與原料組成）培養(yǎng)基配比與原料組成前期培養(yǎng)基營養(yǎng)

6、豐富粘度大，產(chǎn)泡沫多而持久。前期培養(yǎng)基營養(yǎng)豐富粘度大，產(chǎn)泡沫多而持久。例：在例：在50L罐中投料罐中投料10L，成分為淀粉水解糖、豆餅水解液、玉米漿等，攪拌，成分為淀粉水解糖、豆餅水解液、玉米漿等，攪拌900rpm，通氣，泡沫生成量為培養(yǎng)基的通氣，泡沫生成量為培養(yǎng)基的2倍。如培養(yǎng)基適當稀一些，接種量大一些，生長速度快些，倍。如培養(yǎng)基適當稀一些，接種量大一些，生長速度快些，前期就容易攪拌開。前期就容易攪拌開。（3）菌種、種子質(zhì)量和接種量）

7、菌種、種子質(zhì)量和接種量菌種質(zhì)量好，生長速度快，可溶性氮源較快被利用，泡沫產(chǎn)生幾率也就少。菌種生長慢的菌種質(zhì)量好，生長速度快，可溶性氮源較快被利用，泡沫產(chǎn)生幾率也就少。菌種生長慢的可以加大接種量可以加大接種量（4）滅菌質(zhì)量）滅菌質(zhì)量培養(yǎng)基滅菌質(zhì)量不好，糖氮被破壞，抑制微生物生長，使種子菌絲自溶，產(chǎn)生大量泡沫，培養(yǎng)基滅菌質(zhì)量不好，糖氮被破壞，抑制微生物生長，使種子菌絲自溶，產(chǎn)生大量泡沫，加消泡劑也無效。加消泡劑也無效。而使泡沫液具有彈性。而

8、使泡沫液具有彈性。（3）助泡劑濃度）助泡劑濃度溶液中助泡劑濃度增加，氣液界面上的吸附量就增加，液膜彈性隨之增加，泡溶液中助泡劑濃度增加，氣液界面上的吸附量就增加，液膜彈性隨之增加，泡沫穩(wěn)定性增高。沫穩(wěn)定性增高。到達臨界膠束濃度后，氣液界面上的定向排列到達臨界膠束濃度后，氣液界面上的定向排列“飽和飽和”，彈性不會再增加。，彈性不會再增加。3）起泡液的粘度）起泡液的粘度某些溶液，如蛋白質(zhì)溶液，雖然表面張力不高，但因粘度很高，所產(chǎn)生的泡沫非常

9、穩(wěn)某些溶液，如蛋白質(zhì)溶液，雖然表面張力不高，但因粘度很高，所產(chǎn)生的泡沫非常穩(wěn)定。因為粘稠的液膜，有助于吸收外力的沖擊，起到緩沖的作用，使泡沫能持久一些。液定。因為粘稠的液膜，有助于吸收外力的沖擊，起到緩沖的作用，使泡沫能持久一些。液體粘度對泡沫穩(wěn)定性的影響比表面張力的影響還要大。體粘度對泡沫穩(wěn)定性的影響比表面張力的影響還要大。4）其它）其它溫度溫度表面張力最低值時的濃度隨溫度變化。表面張力最低值時的濃度隨溫度變化。pH影響助泡劑的溶解度

10、和表層的吸附狀態(tài)影響助泡劑的溶解度和表層的吸附狀態(tài)表面電荷表面電荷離子型表面活性劑，由于離子間靜電的排斥，阻礙著離子彼此接近，減離子型表面活性劑，由于離子間靜電的排斥，阻礙著離子彼此接近，減少排液速度，延緩泡沫變薄過程，使泡沫穩(wěn)定。少排液速度，延緩泡沫變薄過程，使泡沫穩(wěn)定。2泡沫對發(fā)酵的影響泡沫對發(fā)酵的影響1）降低生產(chǎn)能力）降低生產(chǎn)能力在發(fā)酵罐中，為了容納泡沫，防止溢出而降低裝量在發(fā)酵罐中，為了容納泡沫，防止溢出而降低裝量2）引起原料浪

11、費）引起原料浪費如果設備容積不能留有容納泡沫的余地，氣泡會引起原料流失，如果設備容積不能留有容納泡沫的余地，氣泡會引起原料流失，造成浪費。造成浪費。3）影響菌的呼吸影響菌的呼吸如果氣泡穩(wěn)定，不破碎，那么隨著微生物的呼吸，氣泡中充滿如果氣泡穩(wěn)定，不破碎，那么隨著微生物的呼吸，氣泡中充滿二氧化碳，而且又不能與空氣中氧進行交換，這樣就影響了菌的呼二氧化碳，而且又不能與空氣中氧進行交換，這樣就影響了菌的呼吸。吸。4）引起染菌引起染菌由于泡沫增多

12、而引起逃液，于是在排氣管中粘上培養(yǎng)基，就會長菌。隨著時間延長，由于泡沫增多而引起逃液，于是在排氣管中粘上培養(yǎng)基，就會長菌。隨著時間延長，雜菌會長入發(fā)酵罐而造成染菌。大量泡沫由罐頂進一步滲到軸封，軸封處的潤滑油可起點雜菌會長入發(fā)酵罐而造成染菌。大量泡沫由罐頂進一步滲到軸封，軸封處的潤滑油可起點消泡作用，從軸封處落下的泡沫往往引起雜菌污染。消泡作用，從軸封處落下的泡沫往往引起雜菌污染。3泡沫的控制泡沫的控制泡沫的控制，可以采用三種途徑：泡沫

13、的控制，可以采用三種途徑：①調(diào)整培養(yǎng)基中的成分調(diào)整培養(yǎng)基中的成分(如少加或緩加易起泡的原材料如少加或緩加易起泡的原材料)或改變某些物理化學參數(shù)或改變某些物理化學參數(shù)(如pH值、溫度、通氣和攪拌值、溫度、通氣和攪拌)或者改變發(fā)酵工藝或者改變發(fā)酵工藝(如采用分次投料如采用分次投料)來控制，以減少泡沫形成來控制，以減少泡沫形成的機會。但這些方法的效果有一定的限度。的機會。但這些方法的效果有一定的限度。②采用機械消泡或消泡劑消泡這兩種方法來消除