發酵過程中泡沫形成與控制

發布時間：2012-5-21 12:53

在發酵培養液內含有各種易產生泡沫的蛋白質，它們與通氣攪拌所產生的小氣泡混合會在發酵中產生一定數量的泡沫。隨著菌體繁殖，使整個發酵過程形成過多和穩定持久的泡沫。氣泡內的空氣有隔熱作用，造成培養基滅菌不。泡沫多時會從排氣口甚至從軸封中溢出，容易造成染菌。為此必須減少發酵罐的裝料系數，降低發酵罐的利用率。嚴重時迫使停止攪拌或減少風量妨礙正常生長，導致異常代謝。影響泡沫消長的一些因素 ①與通氣攪拌的強烈程度有關，而攪拌所引起的泡沫比通氣大得多，特別是高速攪拌（300 ul/L以上）和大風量的影響更大。
　　②和培養基配比及原材料組成有關。
　　③培養基破壞：滅菌后，糖氮受到一定程度的破壞，特別是在高溫下產生的氨基糖之類的有毒物質，使菌體生長受影響，嚴重的會引起菌絲自溶。泡沫大量產生。
　　④和菌種與接種量有關：前期菌種生長越快，泡沫越少。
　　⑤培養液本身性質的變化：發酵初期泡沫較穩定與表面粘度高和表面張力低有關，隨著發酵過程的進行，表面粘度下降，表面張力上升，泡沫壽命逐漸縮短，后期由于菌體自溶等原因造成蛋白質的增加，又會產生泡沫。
　　⑥染菌后粘度增加，易產生泡沫。泡沫的消除泡沫的消除可分為機械消泡和化學劑消泡兩大類。
　　①機械消泡：這是一種物理作用，靠機械的強烈振動和壓力的變化使氣泡破滅，機械消泡法有多種，一種是在罐內將泡沫消除；另一種將泡沫引出罐外，泡沫消除后，將液體再回到罐內去。
　　②化學消沫的機理大致有兩個：當泡沫的表層存在著極性的表面活性物質而形成雙電層時，可以加入另一種有相反電荷的表面活性劑來降低它的機械強度，促進泡沫破裂，或添加一種具有強極性的物質和發泡劑爭奪液沫上的空間使液膜破裂；當泡沫的液膜有較大的表面粘度時，可加入某些分子內聚力較小的物質，以降低液膜的表面粘度，從而促使液膜的液體流失而使泡沫破裂。一種優良的化學消沫劑，最好同時具有上述兩種性能。此外為了使消沫劑易于散布在泡沫面上，消沫劑最好有較小的表面張力，即盡量采用水溶性較小、表面張力較小的一類消沫劑。發酵工業中常用的消沫劑有兩類：天然油脂類和化學合成類。油脂在發酵中不僅用于消沫，并可作為發酵中的碳源和中間控制的手段。化學合成類消沫劑，如聚氧丙基甘油醚、聚氧乙烷丙烷甘油醚，這一類化學合成消沫劑通稱“消泡劑”，添加量為培養基總體積的0.02%～0. 035%，其消沫能力為植物油的8~15倍。其它如十八醇、聚二醇、硅樹脂類、二甲基硅村脂油等等。發酵過程中泡沫的產生是發酵過程中常見的問題，目前，大部分企業通常采用消泡劑來解決這一問題，而發酵行業一般使用發酵行業專用的發酵消泡劑來消除和抑制泡沫。
本文參考《發酵微生物學》一書。

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