发酵过程中泡沫的产生和消除

1.泡沫形成的原因
好氧发酵过程中,泡沫的形成是有一定规律的。泡沫的多少既与通风量、搅拌的剧烈程度有关,又与培养基所用原材料的性质有关。发酵培养基中的蛋白质原料是主要的发泡物质,其含量越多越容易起泡。多糖水解不完全,糊精含量多,也容易引起泡沫的产生。培养基的灭菌方法和操作条件均会影响培养基成分的变化而影响发酵时泡沫的产生。菌体本身也有稳定泡沫的作用,发酵液的菌体浓度越大,发酵液就越容易起泡。

2.泡沫的危害
对于发酵来说,过多的泡沫会给发酵带来很多负面的影响。如果泡沫太多而不及时消除,就会导致逃液,造成发酵液的损失。同时,泡沫使发酵罐的装料系数降低,增加了菌体的非均一性,增加了污染杂菌的机会。

3.泡沫的检测和控制
根据泡沫形成的原因与规律,可从生产菌种本身的特性、培养基的组成与配比、灭菌条件以及发酵条件等方面着手,预防泡沫的过多形成。发酵工业上常用的消泡方法分为机械消泡和化学消泡两类。
(1)机械消泡
机械消泡是一种利用物理作用消除泡沫的方法。其原理是借助机械的强烈震动或压力的变化促使泡沫破碎。其优点是不用在发酵液中加入其他物质,减少了由于加入消泡剂所引起的污染机会。缺点是不能在根本上消除引起泡沫稳定的因素。机械消泡的方法分为两种,即罐内消泡和罐外消泡。
罐内消泡有耙式消泡桨、旋转圆板式、气流吸入式、冲击反射板式、碟式及超声波的机械消泡等类型。其中耙式消泡桨的机械消泡是将耙式消泡桨装于发酵罐内搅拌轴上,齿面略高于液面,当产生少量泡沫时,耙齿随时将泡沫打碎。冲击反射板消泡是把气体吹入液面上部,然后通过在液面上部设置的冲击板冲击反射,吹回到液面,将液面上产生的泡沫击碎的方法。

罐外消泡有旋转叶片式、喷雾式、离心力式及转向板式的机械消泡等类型。喷雾消泡即将水及培养液等液体通过适当的喷雾器喷车来达到消泡的目的。旋转叶片罐外消泡是将泡沫引出罐外,利用旋转叶片产生的冲击力和剪切力进行消泡,消泡后液体再回流至发酵罐内。

(2)化学消泡
化学消泡是使用化学消泡剂消除泡沫的方法,是目前发酵工业上应用最广的一种消泡方法。其优点是消泡作用迅速可靠,但消泡剂用量过多会增加生产成本,且有可能影响菌体的生长和代谢。