发酵工艺:发酵过程中泡沫的控制

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一、泡沫的性质

泡沫是气体被分散在少量液体中的胶体体系,泡沫间被一层液膜隔开而彼此不相连通。发酵过程中所遇到的泡沫,其分散相是无菌空气和代谢气体,连续相是发酵液。按发酵液的性质分为两种泡沫:一种存在于发酵液的液面上,这种泡沫气相所占比例特别大,并且泡沫与它下面的液体之间有能分辨的界线,如在某些稀薄的前期发酵液或种子培液中所见到的;另一种泡沫出现在粘稠的菌丝发酵液当中,这种泡沫分散很细、很均匀、较稳定,泡沫与液体间没有明显的液面界限,在鼓泡的发酵液中气体分散相所占比例由下而上逐渐增加。
泡沫的生成不外乎两种原因:一种是由外界引进的气流被机械地分散而生成;另一种是由发酵过程中产生的气体聚结生成,称为发酵泡沫,它只有在代谢旺盛时才比较明显。

二、化学消泡

化学消泡是一种使用化学消泡剂的消泡法,也是目前应用最广的一种消泡方法。其优点是化学消泡剂来源广泛,消泡效果好,作用迅速可靠,尤其是合成消泡剂效率高,用量少,安装测试装置后容易实现自动控制等。

根据消泡原理和发酵液的性质,消泡剂必须具有以下特点:

(1)消泡剂必须是表面活性剂,具有较低的表面张力,消泡作用迅速,效率高;

(2)消泡剂在气-液界面的扩散系数必须足够大,才能迅速发挥它的消泡活性,这就要求消泡剂具有一定的亲水性;

(3)消泡剂在水中的溶解度较小,以保持其持久的消泡或抑泡性能;

(4)对发酵过程无毒,对人、畜无害,不被微生物同化,对菌体生长和代谢无影响.不影响产物的提取和产品质量;

(5)不干扰溶解氧、pH值等测定仪表使用,最好不影响氧的传递。

许多物质都具有消泡作用,但是消泡程度不同。微生物工业上常用的消泡剂主要有四类:

①天然油脂类;

②高碳醇、脂肪酸和酯类;

③聚醚类;

④硅酮类(聚硅油类)。

三、机械消泡

机械消泡是一种物理作用,靠机械强烈振动、压力的变化,促使气泡破裂,或借机械力将排出气体中的液体加以分离回收。其优点是不用在发酵液中加入其他物质,节省原料(消泡剂),减少由于加入消泡剂所引起的污染机会。但其效果往往不如化学消泡迅速可靠,需要一定的设备和消耗一定的动力。缺点是不能从根本上消除引起泡沫稳定的因素。

机械消泡装置的选择依据

理想的机械消泡装置必须满足以下几个条件:

①动力小;

②结构简单;

③坚固耐用;

④清扫、杀菌容易;

⑤维修、保养费用少。

机械消泡的方法有多种:

一种是在发酵罐内将泡沫消除,另一种是将泡沫引出发酸罐外,泡沫消除后,液体再返回发酵罐内。

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