发酵过程中泡沫形成与控制

发布时间:2012-5-21 12:53
在发酵培养液内含有各种易产生泡沫的蛋白质,它们与通气搅拌所产生的小气泡混合会在发酵中产生一定数量的泡沫。随着菌体繁殖,使整个发酵过程形成过多和稳定持久的泡沫。气泡内的空气有隔热作用,造成培养基灭菌不。泡沫多时会从排气口甚至从轴封中溢出,容易造成染菌。为此必须减少发酵罐的装料系数,降低发酵罐的利用率。严重时迫使停止搅拌或减少风量妨碍正常生长,导致异常代谢。 影响泡沫消长的一些因素 ①与通气搅拌的强烈程度有关,而搅拌所引起的泡沫比通气大得多,特别是高速搅拌(300 ul/L以上)和大风量的影响更大。
  ②和培养基配比及原材料组成有关。
  ③培养基破坏:灭菌后,糖氮受到一定程度的破坏,特别是在高温下产生的氨基糖之类的有毒物质,使菌体生长受影响,严重的会引起菌丝自溶。泡沫大量产生。
  ④和菌种与接种量有关:前期菌种生长越快,泡沫越少。
  ⑤培养液本身性质的变化:发酵初期泡沫较稳定与表面粘度高和表面张力低有关,随着发酵过程的进行,表面粘度下降,表面张力上升,泡沫寿命逐渐缩短,后期由于菌体自溶等原因造成蛋白质的增加,又会产生泡沫。
  ⑥染菌后粘度增加,易产生泡沫。
泡沫的消除 泡沫的消除可分为机械消泡和化学剂消泡两大类。
   ①机械消泡:这是一种物理作用,靠机械的强烈振动和压力的变化使气泡破灭,机械消泡法有多种,一种是在罐内将泡沫消除;另一种将泡沫引出罐外,泡沫消除后,将液体再回到罐内去。
   ②化学消沫的机理大致有两个:当泡沫的表层存在着极性的表面活性物质而形成双电层时,可以加入另一种有相反电荷的表面活性剂来降低它的机械强度,促进泡沫破裂,或添加一种具有强极性的物质和发泡剂争夺液沫上的空间使液膜破裂;当泡沫的液膜有较大的表面粘度时,可加入某些分子内聚力较小的物质,以降低液膜的表面粘度,从而促使液膜的液体流失而使泡沫破裂。
一种优良的化学消沫剂,最好同时具有上述两种性能。此外为了使消沫剂易于散布在泡沫面上,消沫剂最好有较小的表面张力,即尽量采用水溶性较小、表面张力较小的一类消沫剂。 发酵工业中常用的消沫剂有两类:天然油脂类和化学合成类。油脂在发酵中不仅用于消沫,并可作为发酵中的碳源和中间控制的手段。化学合成类消沫剂,如聚氧丙基甘油醚、聚氧乙烷丙烷甘油醚,这一类化学合成消沫剂通称“消泡剂”,添加量为培养基总体积的0.02%~0. 035%,其消沫能力为植物油的8~15倍。其它如十八醇、聚二醇、硅树脂类、二甲基硅村脂油等等。 发酵过程中泡沫的产生是发酵过程中常见的问题,目前,大部分企业通常采用消泡剂来解决这一问题,而发酵行业一般使用发酵行业专用的发酵消泡剂来消除和抑制泡沫。
本文参考《发酵微生物学》一书。
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