一、泡沫产生的原因

在微生物好气培养中，发酵液往往产生很多泡沫，这是正常现象，是由几方面因素造成的，其中包括外力、微生物代谢及华体会体育最新地址 的成分等。所谓外力是指通气和搅，空气进入发酵液后，为了增加溶解氧速度，可以通过搅拌使大气泡变为小气泡，以增加气体和液体的接触面积，延长气泡在发酵液中的滞留时间。微生物细胞生长代谢和呼吸也会排出气体，如氨气、CO2等，这些气体使发酵液产生的泡沫称为发酵性泡沫。在这些泡沫产生的原因中，华体会体育最新地址 物理化学性质对泡沫形成起了决定性作用。泡沫的稳定性主要与液体的表面性质，如表面张力、表观黏度和泡沫的机械强度有密切关系。华体会体育最新地址 中的花生饼粉、玉米浆、皂苷、黄豆饼粉、糖蜜中所含的蛋白质，以及微生物菌体等具有稳定泡沫的作用。此外，华体会体育最新地址 的温度、酸碱度、浓度等对泡沫也有一定的影响起泡剂一般都是表面活性物质，这些物质具有亲水基团和疏水基团。分子带极性的一端向着水溶液，非极性的一端向着空气，并在表面定向排列，增加了泡沫的强度。培养液的温度、pH、浓度和泡沫的表面积对泡沫的稳定性都具有一定的影响。

二、泡沫的危害

尽管泡沫是好氧发酵中的正常现象，但有些好气性发酵中，在发酵旺盛期产生的大量泡沫，会引起“逃液”，给发酵造成困难，带来很多副作用。过多泡沫降低了发酵罐的填料系数，对发酵危害很大。一般的发酵过程，填料系数为0.6~0.7，其余部分容纳泡沫，而通常的情况，泡沫只占华体会体育最新地址 的10%左右。泡沫的存在增加了微生物菌群的非均一性。由于泡沫液位的变化，以及不同生长周期微生物随泡沫漂浮，粘在罐壁，从而使菌体的生活环境发生了改变，妨碍了菌体的呼吸，造成了代谢异常，导致菌体提前自溶，增加了污染杂菌的机会。华体会体育最新地址 随泡沫溅到轴封处容易染菌。生产上为了减少因通气搅拌引起泡沫产生，常采用降低通气量乃至“闷罐”的措施，影响了溶解氧的浓度，导致产物损失。大量起泡引起”逃液”，如降低通气量或加消泡剂，将干扰工艺过程，尤其是加消泡剂会给提取工艺带来困难。为了消除泡沫，发酵中加入植物油等消泡剂消泡，但消泡剂的加入给各下游提取工艺带来困难。

三、泡沫的消长规律

1泡沫的产生与通气、搅拌的剧烈程度有关

泡沫随着通气量和搅拌速度的增加而增加，并且搅拌所引起的泡沫比通气来得大。所以当泡沫过多时，可以通过减小通气量和降低搅拌速度做消极预防。

2与华体会体育最新地址 所用原材料性质有关

蛋白质原料如蛋白胨、玉米浆、花生饼粉、黄豆饼粉、酵母粉、糖蜜等是主要的发泡物质，其起泡能力随着品种、产地、贮藏加工条件和配比不同而不同。糖类物质本身起泡能力很差，但在丰富的华体会体育最新地址 中，较高浓度的糖类物质会增加华体会体育最新地址 的黏度，起泡能力也增强。此外，随着糖蜜华体会体育最新地址 灭菌温度从110℃上升至130℃，灭菌时间为0.5h，发泡系数几乎增加一倍，这可能是因为形成大量的蛋白黑色素和5-羟甲基糖醛的缘故。

3·在发酵过程中，华体会体育最新地址 性质的改变，影响泡沫的消长

发酵初期泡沫的高稳定性与高的表观黏度和低表面张力有关。随着霉菌对碳源、氮源的利用，华体会体育最新地址 的表观黏度下降，促使表面张力上升，泡沫的寿命逐渐缩短，泡沫减少。到了发酵后期，菌体自溶，华体会体育最新地址 中可溶性蛋白浓度增加，又促使泡沫的稳定性上升。

四、泡沫的消除和防止

根据泡沫形成的原因与规律，可从生产菌种本身的特性、华体会体育最新地址 的组成与配比、灭菌条件以及发酵条件等方面着手，预防泡沫过多形成。发酵泡沫消除的方法有机械消泡和消泡剂消泡两类，但近年来也注意从微生物本身的特性入手，筛选生长期不产泡沫的菌体突变株，防止泡沫的形成。或者可利用几种微生物的混合培养，即通过一种微生物产生泡沫形成的物质被另一种协作菌同化的作用来控制培养过程中产生的泡沫。

• 机械消泡

一个理想的生物反应器，应具有优化工艺系统，使气体、华体会体育最新地址 成分、代谢物、微生物具有较好的A散度和湍流程度，尽量增加装，置，而能量消耗小。那么，在反应器中装一个耗能小的消泡系统，不仅要求保证不含“逃液”，使设备保持无菌，而且菌体不能受到机械损伤。

机械消泡是根据物理学原理，即靠机械作用引起压力变化(挤压)或强烈振动，促使泡沫破裂，这种消泡装置可放在罐内或罐外。在罐内最简单的是在搅拌轴上方装一个消泡桨，它可使泡沫被旋风离心压制破碎。罐外消泡法，是把泡沫引出罐外，通过喷嘴的喷射加速作用或离心力消除泡沫。机械消泡的好处是不需引进其他物质，如消泡剂，这样可以减少培养液性质上的微小改变，也可节省原材料，减少污染机会;但缺点是不能从根本·上消除引起稳定泡沫的因素，效率不高，对黏度较大的流态型泡沫几乎没有作用，仅作为消泡的辅助方法。

2.消泡剂消泡

因为形成泡沫的因素很多，所以选择消泡剂的作用机制也是多样的，消泡剂一般是采用表面活性物质。如果泡沫的表层带有极性的表面活性物质形成双电层时，加入一种具有相反电荷的表面活性剂，可以中和电性，以降低泡沫的机械强度;或加入某些更强极性的物质与发泡物质争夺泡沫表面上的空间，而引起力的不平衡，使液膜的机械强度降低，使泡沫破碎。如果泡沫液膜的表面黏度较大，可加些分子内聚力较小的物质，以降低液膜的表面黏度，使液膜的液体流失，使泡沫破碎。

一般好的消泡剂最好能同时具备降低液膜的机械强度和表面黏度这两种性能。此外，为了使消泡剂易于分散在泡沫表面上，消泡剂应具有较小的表面张力和较小的溶解度。同时还应考虑对微生物细胞是无毒的，不影响氧的传递，能够耐高温高压，浓度低而效率高，并且对产品质量和产量无影响，成本低来源广泛等因素。

工业上使用的消泡剂种类较多，有天然油脂类、聚醚类、高级醇、聚硅氧烷类脂肪酸、亚硫酸、磺酸盐等。其中使用最多的是天然油脂和聚醚类。

(1)天然油脂

天然油脂有玉米油、豆油、棉籽油、米糠油、猪油、鱼油等。天然油脂不仅用于消泡，还可以作为碳源并控制发酵。由于油脂分子中无亲水基团，在发泡介质中难以铺展，所以消泡能力较差。使用时应注意油脂的新鲜程度，碘值和酸值高的油脂，消泡能力差，并对发酵有不利影响。油脂作为消泡剂的用量大，如50t土霉素发酵罐，若不用合成消泡剂，每批发酵需耗玉米油2t左右，所以常用合成消泡剂取代。

(2)聚醚类 聚醚类消泡剂的种类很多，应用较多的是聚氧丙烯甘油(GP)和聚氧乙烯氧丙烯甘油(GPE) ，它们以一定比例配制的消泡剂又称泡敌。此类消泡剂用量少，为0.03%~0.035%，而消泡能力却大于植物油10倍以上，如果使用得当，对细胞生长、产物合成几平没有影响。此外，此类消泡剂还具有性能稳定、操作简便、容易控制、用量少而成本低的优点。

聚氧丙烯甘油的亲水性能差，分散系数小，在发泡介质中的溶解度小，其抑泡性能比消泡性能好，适宜在配制华体会体育最新地址 时加入，能够在整个发酵过程中抑制泡沫的产生。如在链霉素发酵中，加入基础华体会体育最新地址 ，抑泡效果明显，可完全取代天然油脂，消泡效果相当于豆油的60~80倍，对发酵无不良影响。而聚氧乙烯氧丙烯甘油的亲水性好，在发泡介质中容易铺展，作用迅速且消泡能力强，其溶解度相应较大，消泡活性维持的时间较短，所以在黏稠发酵液中的使用效果较好。

(3)高级醇类高级醇类消泡剂最常用的是十八醇，还有聚二醇，具有消泡效果持久的特点，对霉菌类效果最佳。

(4)聚硅氧烷类聚硅氧烷类消泡剂主要是聚二甲基硅氧烷及其衍生物，常与分散剂(微晶Si02)一起使用，或与水配成10%的纯聚硅氧烷乳液，适用于细菌和放线菌的发酵。

消泡剂多数是溶解程度较小、分散性较差的高分子化合物，消泡的效果与使用方法有很大的关系，所以消泡剂在发酵罐中能否起作用取决于它们的扩散能力。增效剂起到帮助消泡剂扩散和缓慢释放的作用，可以加速和延长消泡剂的作，减少其黏性。还可以采用化学和机械方法联合控制消泡，及采用相应的自动控制系统。液位电极控制消泡剂的流加液位电极是根据空气与带有发酵液的泡沫电导率不同的原理制造的。采用双位式的控制方法，当反应物液面达到一定的高度时， 自动打开消泡剂的阀门，当液面降回到正常时，自动关闭消泡剂的阀门。

消泡剂的持久性除由其本身的性能决定外,还与加入量和时间有密切的关系。同样用量的消泡剂少量多次和少次多量的持久效果大不一样。少量多次滴加可以收到有效防止泡沫产生和节省用量的双重效果。对于消泡剂的应用应注意在使,用之前做比较试验,找出消泡剂对微生物生理特性影响最小、消泡效率最大的条件。其次,在使用天然油脂时一次不能加得太多,过多的油脂会被脂肪酶分解为有机酸、脂肪酸,会降低pH值,使DO下降,影响发酵的正常进行。

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