發(fā)酵過程泡沫的形成與控制

1、發(fā)酵過程泡沫的形成與控制發(fā)酵過程泡沫的形成與控制西安道爾達化工有限公司發(fā)酵過程起泡的利弊：氣體分散、增加氣液接觸面積，但過多的泡沫是有害的一、泡沫形成的基本理論泡沫的定義：一般來說：泡沫是氣體在液體中的粗分散體，屬于氣液非均相體系（一）泡沫形成的原因1、氣液接觸因為泡沫是氣體在液體中的粗分散體，產(chǎn)生泡沫的首要條件是氣體和液體發(fā)生接觸。而且只有氣體與液體連續(xù)、充分地接觸才會產(chǎn)生過量的泡沫。氣液接觸大致有以下兩類情況：（1）氣體從外部進入液

2、體，如攪拌液體時混入氣體（2）氣體從液體內(nèi)部產(chǎn)生。氣體從液體內(nèi)部產(chǎn)生時，形成的泡沫一般氣泡較小、較穩(wěn)定。2、含助泡劑在未加助泡劑，但并不純凈的水中產(chǎn)生的泡沫，其壽命在0.5秒之內(nèi)，只能瞬間存在。搖蕩純?nèi)軇┎黄鹋?，如蒸餾水，只有搖蕩某種溶液才會起泡。在純凈的氣體、純凈的液體之外，必須存在第三種物質(zhì)，才能產(chǎn)生氣泡。對純凈液體來說，這第三種物質(zhì)是助泡劑。當形成氣泡時，液體中出現(xiàn)氣液界面，這些助泡劑就會形成定向吸附層。與液體親和性弱的一端朝著氣

3、泡內(nèi)部，與液體親和性強的一端伸向液相，這樣的定向吸附層起到穩(wěn)定泡沫的作用。3、起泡速度高于破泡速度起泡的難易，取決于液體的成分及所經(jīng)受的條件；破泡的難易取決于氣泡和泡破滅后形成的液滴在表面自由能上的差別；同時還取決于泡沫破裂過程進行得多快這一速度因素。高起泡的液體，產(chǎn)生的泡沫不一定穩(wěn)定。體系的起泡程度是起泡難易和泡沫穩(wěn)定性兩個因素的綜合效果。泡沫產(chǎn)生速度小于泡沫破滅速度，則泡沫不斷減少，最終呈不起泡狀態(tài)；泡沫產(chǎn)生速度等于泡沫破滅速度，則

4、泡沫數(shù)量將維持在某一平衡狀態(tài)；泡沫產(chǎn)生速度高于泡沫破滅速度，泡沫量將不斷增加。4、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大、攪拌強烈可使泡沫增多，因此在發(fā)酵前期由于培養(yǎng)基營養(yǎng)成分消耗少，培養(yǎng)基成分豐富，易起泡。應(yīng)先開小通氣量，再逐步加大。攪拌轉(zhuǎn)速也如此。也可在基礎(chǔ)料中加入消泡劑。（2）培養(yǎng)基配比與原料組成培養(yǎng)基營養(yǎng)豐富，黏度大，產(chǎn)生泡沫多而持久，前期難開攪拌。例：在50L罐中投料10L，成分為淀粉水解糖、豆餅水解液、玉米漿等

5、，攪拌900rpm，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，前期就容易開攪拌。（3）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。菌種生長慢的可以加大接種量（4）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，加消泡劑也無效。（二）起泡的危害1、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2、引起原料浪費如

6、果設(shè)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。3、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，氣泡中充滿二氧化碳，而且又不能與空氣中氧進行交換，增大，氣泡大小分別發(fā)生變化（2）氣泡液膜變薄取一杯泡沫，放置一段時間，就會在杯底部出現(xiàn)一些液體，而逐漸形成液相及液面上的泡沫相這樣具有界面的兩層。底部出現(xiàn)的液體一部分是泡沫破滅形成的，一部分是氣泡膜變薄，排出液體形成的。泡沫生成初期，泡沫液還比較厚，以后因蒸發(fā)排液而

7、變薄，泡沫液會受重力的影響向下排液，泡沫液隨時間延續(xù)而變薄。（3）泡沫破滅泡沫由于排液，液量過少，表面張力降低，液膜會急劇變薄，最后液膜會變得十分脆弱，以至分子的熱運動都可以引起氣泡破裂。因此只要泡沫液變薄到一定程度，泡沫即瞬間破滅。泡沫層內(nèi)部的小氣泡破滅后，雖一時還不能導致氣液分離，只是合并成大氣泡，但排液過程使泡膜液量大幅度減少，使合并成的大氣泡快速地破滅，最后泡沫體系崩潰，氣液分離。（四）影響泡沫穩(wěn)定性的因素引起危害，需要消除的，

8、只是穩(wěn)定的泡沫。泡沫的穩(wěn)定性受液體、氣體許多性質(zhì)的影響。不同介質(zhì)的泡沫，穩(wěn)定程度相差很多，影響泡沫穩(wěn)定性的因素十分復(fù)雜，概括國內(nèi)外研究者的說法，主要因素有1、泡徑大小對任何泡沫體系稍加觀察都會發(fā)現(xiàn)：大泡易于破滅，壽命較長的的都是小泡。泡越小，合并成大氣泡的歷程就越長，而且小氣泡的泡膜中所含液量相對比較大，所以較能經(jīng)受液體流失所造成的穩(wěn)定性的損失。另一方面，氣泡只有上升到液面才能夠在破滅之后減少泡沫體積。氣泡越小，上升速度越慢。溶液中溶解

9、狀態(tài)或膠束狀態(tài)的表面活性劑，在氣泡上升的過程中，吸附到氣液界面上，形成定向吸附層。小氣泡上升慢，給表面活性劑的吸附提供充足的時間，增加了穩(wěn)定性。2、溶液所含助泡物的類型和濃度（1）降低表面張力降低表面張力會降低相鄰氣泡間的壓差。壓差小，小泡并入大泡的速度就慢，泡沫的穩(wěn)定性就好。（2）增加泡沫彈性助泡的表面活性劑，吸附在氣液界面上，使表面層的組分與液相組分產(chǎn)生差別，因而使泡沫液具有可以伸縮的稱為“吉布斯彈性”的性質(zhì)，對于泡沫穩(wěn)定性來說表面

10、活性劑使液膜具有“吉布斯彈性”比降低表面張力更重要。吉布斯曾對泡沫液彈性做如下定義：E=2A（）E——膜彈性A——膜面積σ——表面張力可以看出大，吉布斯彈性大，泡沫抵抗變形的能力就大。大意味著：當面積發(fā)生變化時，表面張力的變化較大，即收縮力較大，泡沫“自愈作用”就強，泡沫也就穩(wěn)定。單一組分的純凈液體，表面張力不隨表面積改變而改變，液體沒有彈性，所以純凈液體不會產(chǎn)生穩(wěn)定的泡沫。（3）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