第五章泡沫的控制6.ppt

* * 第五章 发酵过程的控制 第一节 发酵过程控制的目的、研究的方法和层次 第二节 发酵过程的中间分析 第三节 氧的供需及对发酵的影响 第四节 温度变化及其控制 第五节 发酵过程的pH控制 第六节 发酵过程泡沫的形成与控制 第七节 染菌与灭菌 第六节 发酵过程泡沫的形成与控制 泡沫产生的原因 泡沫对发酵过程的影响 泡沫的消除和控制 一、发酵过程泡沫产生的原因 （1）通气搅拌的强烈程度 通气大、搅拌强烈可使泡沫增多，因此在发酵 前期由于培养基营养成分消耗少，培养基成分 丰富，易起泡。应先开小通气量，再逐步加大。 搅拌转速也如此。也可在基础料中加入消泡剂。 （2）培养基配比与原料组成 培养基营养丰富，黏度大，胶体多，产生泡沫多而持久，前期难开搅拌。 蛋白质（胶体）原料，如蛋白胨、玉米浆、黄豆粉、酵母粉等是起泡的主要因素； 糖蜜发泡能力更强；多糖水解不完全，产生糊精，也容易引起泡沫。 例：在50L罐中投料10L，成分为淀粉水解糖、豆饼水解液、玉米浆等，搅拌900 rpm，通气，泡沫生成量为培养基的2倍。如培养基适当稀一些，接种量大一些，生长速度快些，前期就容易开搅拌。 （3）菌种、种子质量和接种量 菌种质量好，生长速度快，可溶性氮源较快被利用，泡沫产生几率也就少。 菌种生长慢的可以加大接种量 （4）灭菌质量 培养基灭菌质量不好，糖氮被破坏，抑制微生物生长，使种子菌丝自溶，产生大量泡沫，加消泡剂也无效。 泡沫的定义： 一般来说，泡沫是气体在液体中的粗分散体，属于 气液非均相体系。 只有含有助泡的表面活性剂，才能形成稳定的泡沫， 所以应当首先研究表面活性剂与液膜的关系 引起危害，需要消除的，只是稳定的泡沫。泡沫 的稳定性受液体、气体许多性质的影响。 表面活性剂示意图 亲水基 疏水基 如图所示，表面活性剂是由疏水基与亲水基构成的化合物，在水中，表面活性剂的分子不停地转动在以下两种情况下泡沫才能比较稳定，停留时间比较长。 当表面活性剂的亲水基留在水相，疏水基伸到气相中，形成定向吸附层 当表面活性剂的疏水基在水相中互相靠在一起，减少疏水基与水的接触，形成“胶束”。 胶束 定向吸附层 溶液中当表面活性剂的浓度低于临界胶束浓度时，以第一种情况为主；表面活性剂浓度高于临界胶束浓度时出现第二种情况。在泡沫不断增加时，表面活性剂会从胶束中不断转移到新产生的气液界面上 在液相中因为水分子之间的吸引力大于水对表面活性剂的吸引力，表面活性剂的疏水部分被水分子之间的吸引力挤出溶液，到达气液界面。这就是表面活性剂易于在泡沫上形成定向吸附层的原因。 表面活性剂为什么会定向排列在表面？ 二、泡沫对发酵过程的影响 1、降低生产能力 在发酵罐中，为了容纳泡沫，防止溢出而降低装量。 装料系数：装量与容量的比。发酵罐的装料系数一 般为0.7. 2、引起原料浪费 如果设备容积不能留有容纳泡沫的余地，气泡会 引起原料流失，造成浪费。 3、影响菌的呼吸 如果气泡稳定，不破碎，那么随着微生物的呼吸， 气泡中充满二氧化碳，而且又不能与空气中氧进行 交换，这样就影响了菌的呼吸。 4、引起染菌 由于泡沫增多而引起逃液，于是在排气管中粘上 培养基，就会长菌。随着时间延长，杂菌会长入 发酵罐而造成染菌。大量泡沫由罐顶进一步渗到 轴封，轴封处的润滑油可起点消泡作用，从轴封 处落下的泡沫往往引起杂菌污染。 5、影响发酵产物 有些发酵产物，特别是蛋白酶，发酵泡沫可能使 这些酶失活。 三、泡沫的消除和控制 物理消泡 化学消泡 （1）物理消泡 依靠强烈的机械运动或压力变化，促使泡沫破裂 方法： 安装消泡桨 将泡沫引出罐外，通过喷嘴的加速或离心力作用， 将泡沫消除 物理消泡的优缺点： 优点： 不加化学物质，从而节省原料（消泡剂）；减少 杂菌污染的机会；对下游发酵产物的分离纯化无 影响。 缺点： 不如化学消泡剂迅速可靠，不能根除泡沫； 消耗动力。常作为辅助手段。 （2）化学消泡 1、化学消泡剂的作用原理： 消泡剂可使泡沫液局部表面张力降低，因而 导致泡沫破灭； 气泡表面存在极性活性物质而形成双电层， 加入相反电荷的表面活性物质，可降低液膜 的弹性； 当液膜有较大的黏度时，加入黏度较弱的物 质，降低液膜的表面黏度 2、对消泡剂的要求 在起泡液中不溶或难溶 为破灭泡沫，消泡剂应该在泡膜上浓缩、集中。对破泡剂的情况，应在瞬间浓缩、集中，对于抑泡的情况应经常保持在这种状态。所以消泡剂在起泡液中是过饱和状态，只有不溶或难溶才易于达到过饱和状态。不溶或难溶，才易于聚集在气液界面，才易于浓缩在泡膜上，才能在较低浓度下发挥作用。用于水体系的消泡剂，活性成分的分子，须为强疏水弱亲水，HLB值在1.53范围，作用才最好。 表面张力低于起泡液 只有