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发酵中的消泡13生工杨雅娴摘要本文闸述了谷氛酸、杭生素等发酵过程中所产生的泡沫性质,消泡机理及消沫剂的种类,与选用原则,并系统地介绍了各种浦泡方法。Are described in this paper flower Valley acid, such as Su-Hang Sheng fermentation produces bubbles in the property, type of defoaming agent and defoaming mechanism, and selection principle of PU foam, and introduces a variety of methods.前言在谷氨酸、抗生素等发酵过程中,为了培养生长菌而得到所需要的谷氨酸、抗生素等,需要在发酵罐中通入大量的无菌空气,同时,为了增加发酵液的气一液界面,又必须对发酵液加以搅拌。由于发酵液中含有丰富的蛋白质等营养物质,因此特别容易产生大量泡沫;随着生长菌的大量繁殖,发酵液的粘度逐渐变大,发酵罐内发泡现象更加显著。泡沫的大量产生,对发酵会产生十分不利的影响,如妨碍生长菌的呼吸,造成代谢异常,使菌体提早自溶,造成抗生素或谷氨酸产量降低;泡沫的大量产生,使发酵罐减少装液量即降低了“定容”,而且会造成发酵液随泡沫从发酵罐溢出,即产生大量“逃液”,增加了感染杂菌的机会等等。因此,有效地控制发酵中所产生的泡沫是十分重要的,它不仅可以起到增加产量,提高质量的作用,而日.还可以防止环境污染。为了有效地控制泡沫,可以采用物理消泡法、机械消泡法及用消沫剂消泡法等。但各种方法均需考虑到发酵液的性质、现场的操作条件,生产成本等因素,根据具体不同的情况而选用一定的方法消泡。二、泡沫的性质发酵过程中所形成的泡沫一般可分为两类,一类叫表面泡沫,这种泡沫为比较少量的液体之中含有较大量的气体,泡沫是密集的,这类泡沫包含着许多被液膜所分隔的单个气泡,其形状是多面体形的。另一类叫内部泡沫,在该类泡沫中,液体与气体的比率是相当大的,气泡分散于整个液体之中,其形状是球形的。发酵中所产生的泡沫与纯液体所产生的泡沫相比,发酵泡沫是稳定的,而纯液体不易形成稳定的泡沫。根据Gibbs方程①,在恒温恒压条件下,有如下关系式;式中G一发泡液体的自由能r一液体表面张力A一克分子表面积当自由能随表面积变迁时,自由能倾向于变小,当液体表面张力一定时,即表面积变小,所以纯液休的泡沫系统是一个热力学不稳定系统,它不能产生持久的泡沫。而发酵液不是一种单组分纯液体,它含有蛋白质,碳氢化合物表面活性剂等,它们使发酵液表面张力变小,使形成泡沫新表面所需的能量变小而易发泡。蛋白质分子的存在,由于它是一种长链分子,它能使泡膜表面粘度增加。泡膜表面粘度增加,使从泡沫上脱除液体的作用变慢,同时可使泡膜在较长时间内保持的较厚、较稳定的形式。因此,发酵中所产生的饱沫有较好的持久性。三、消泡机理为了消除泡沫,只要能破坏泡沫的稳定条件即可。如除去发泡物质,变成纯液体,降低泡膜粘度和强度,加入与发泡剂能反应的物质,加入消泡剂等等。在发酵液中加入消泡剂、一是起破泡作用,二是起抑泡作用。对破泡机理可解释为:首先消泡剂的液滴进入泡膜内,液滴变成泡膜的一部分之后,使泡膜面扩大,然后随着消泡剂的进一步扩张,在消泡剂进入的最初部分变薄,最后使袍膜破裂。设发酵液的表面张力为ri,消泡剂的表面张力为rn。,发酵液与消泡剂的界面张力为rin,则有:E=ri+rin-rn;S= ri-rin-rn;式中E为渗入系数,S为扩展系数.破泡过程可以看成是自由能的减小,当EO时,消泡剂渗入泡膜中;EO时,消泡剂不渗入泡膜。在扩展阶段,当SO时,消泡剂在泡膜上扩张;SO时,消泡剂不扩张,所以,只有当EO,SO时,消泡剂才显示出破泡作用。当EO时,由于渗入和扩张都不进行,就显不出破泡的作用;当EO,SO时,由于消泡剂不能充分扩展,所以,有时有破泡作用,有时没有破泡作用。抑泡作用可以看成是除去发泡剂的吸附层,而将抑泡剂分子优先吸附的作用,当在发酵过程中吸附了消泡剂的发酵液,由于其表面粘度在局部地方显著降低,该部分泡膜就容易破裂。抑泡和破泡作用如何体现,这要根据消泡剂和发酵液的具体配合而定,如在发酵液中加入消泡剂破泡,当加入的量比较多,则多余的破泡剂则成为抑泡剂。四、消泡方法消除发酵过程中的泡沫,可以用物理方法、机械方法及加入消泡剂等方法。物理方法消泡所谓物理方法消泡,就是利用改变温度等方法,使泡膜粘度或弹性降低,从而使泡沫破裂的方法。如在高温下,由于粘度降低,使泡膜易于破裂,而在低温下,泡膜弹性降低,使泡沫不能稳定。例如:一种“用低温放电控制泡沫”⑧的方法,据称对控制发酵泡沫有良好的效果。该方法为将低温放电装置安装在泡沫上面,根据泡沫的成份和