泡沫的影响及其控制

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1．泡沫的影响气体分散在少量液体中，气体与液体之间被一层液膜隔开就形成了泡沫（foam）。发酵中泡沫有两种，一种是液面上的泡沫，即气泡（bubble），气相所占比例大，与液体有明显界限。另一种是流态泡沫（fluid foam），分散于发酵液内部，比较稳定，与液体之间无明显界限。有机氮源如黄豆饼粉是起泡的主要因素。菌体的代谢过程也会产生一些物质，引起发泡。除了培养基成分外，其他发泡的因素包括通气搅拌强度、灭菌条件等，快速搅拌会引起很多泡沫，灭菌体积太大或不彻底也容易引起发泡。发泡对发酵带来诸多不利，减少装料量，降低氧传递。过多泡沫造成大量逃液，从排气管线逃出增加了污染的机率，甚至使搅拌无法进行。泡沫使菌体呼吸受阻，代谢异常或自溶。因此控制泡沫是正常发酵的基本要求。一般情况下，发酵罐的装料系数（料液体积占发酵罐总体积）为0.7左右，泡沫所占体积约为培养基的10％，发酵罐体积的0.07。2．泡沫控制（1）培养基与工艺调整。调整培养基的成分，少加或缓慢加易起泡的原材料；改变某些物理化学参数，如pH，升高温度，减少通气和降低搅拌速率，减少泡沫的形成；改变发酵工艺，如采用分次投料。（2）菌种选育。筛选出不产生流态泡沫的菌种。单细胞生产蛋白菌株；混合不同菌种培养，产碱菌、土壤杆菌、莫拉氏菌混合培养。（3）机械消沫。对已经形成的泡沫，可用机械消沫（mechanical defoaming），利用机械强烈振动或压力变化而使泡沫破裂。消沫装置安装在罐外或罐内。或消沫剂清除泡沫，是公认的工业采用的较好方法。可用罐内消沫桨安装在搅拌轴上方，形式多样，消沫浆转动，靠旋风离心场打破泡沫。在消沫转子上添加消沫剂，能增强消沫效果。罐外消沫是将泡沫引出罐外，通过喷嘴加速力或离心力消除泡沫。机械消沫的优点是节省原料，污染机会低，但效果不理想，只是一种辅助方法。（4）化学消沫。消沫剂(defoaming agent)消沫是化学消沫，加入消沫剂，降低了泡沫的液膜强度和表面黏度，使泡沫破裂。常用的消沫剂有天然油脂类(lipid)、高碳醇脂肪酸(high alcohol fatty acid)和酯类(ester)、聚醚类(polyether)、硅酮类(silicone)。天然油脂类包括植物油如豆油、玉米油、棉籽油、菜籽油等和动物油如猪油等。聚醚类品种很多。聚氧丙烯甘油亲水性低，抑制泡沫比消除泡沫能力高。聚氧乙烯氧丙烯甘油，又称泡敌，亲水性好，用量少（0.03%），效果好，比植物油大10倍以上，消泡能力强。但消沫维持时间较短，在粘稠发酵液中比稀薄发酵液中更好。十八醇与冷榨猪油一起应用于青霉素的发酵中。聚乙二醇(polyethylene glycol)消沫效果持久，用于丝状真菌发酵。硅酮类，不容于水，10％乳液。单独使用效果很差，与分散剂（微晶SiO2）一起使用，适宜于微碱性的放线菌和细菌发酵。在pH5左右发酵液中效果很差。消沫剂的效果取决于在发酵液中扩散能力。分散剂可帮助消沫剂扩散、缓慢释放，减少消沫剂的粘度，延长消沫剂的作用时间，便于运输。在实际使用中，采用增效的方法可提高消沫剂的消沫效果。与惰性载体（inert carrier）如矿物油(mineral oil)等、乳化剂(emulsifier)或分散剂(dispersant)如吐温等并用，分散消沫剂，增加溶解度；消沫剂之间联合使用，也能互补增效。消沫剂的添加会影响发酵过程，微生物的生长和产物的合成，要注意其不良影响。

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傅601219

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