文档介绍：第七节发酵过程泡沫的形成与控制
一、泡沫形成的基本理论
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
美国道康宁公司对泡沫这样定义:体积密度接近气体,而不接近液体的“气/液”分散体。
发酵过程起泡的利弊:气体分散、增加气液接触面积,但过多的泡沫是有害的
(一)泡沫形成的原因
1、气液接触
因为泡沫是气体在液体中的粗分散体,产生泡沫的首要条件是气体和液体发生接触。而且只有气体与液体连续、充分地接触才会产生过量的泡沫。气液接触大致有以下两类情况:
(1)气体从外部进入液体,如搅拌液体时混入气体
(2)气体从液体内部产生。气体从液体内部产生时,形成的泡沫一般气泡较小、较稳定。
2、含助泡剂
在未加助泡剂,但并不纯净的水中产生的泡沫,,只能瞬间存在。摇荡纯溶剂不起泡,如蒸馏水,只有摇荡某种溶液才会起泡。
在纯净的气体、纯净的液体之外,必须存在第三种物质,才能产生气泡。对纯净液体来说,这第三种物质是助泡剂。当形成气泡时,液体中出现气液界面,这些助泡剂就会形成定向吸附层。与液体亲和性弱的一端朝着气泡内部,与液体亲和性强的一端伸向液相,这样的定向吸附层起到稳定泡沫的作用。
3、起泡速度高于破泡速度
起泡的难易,取决于液体的成分及所经受的条件;破泡的难易取决于气泡和泡破灭后形成的液滴在表面自由能上的差别;同时还取决于泡沫破裂过程进行得多快这一速度因素。
高起泡的液体,产生的泡沫不一定稳定。体系的起泡程度是起泡难易和泡沫稳定性两个因素的综合效果。
泡沫产生速度小于泡沫破灭速度,则泡沫不断减少,最终呈不起泡状态;泡沫产生速度等于泡沫破灭速度,则泡沫数量将维持在某一平衡状态;泡沫产生速度高于泡沫破灭速度,泡沫量将不断增加。
4、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,产生泡沫多而持久,前期难开搅拌。
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。
(二)起泡的危害
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
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。
(三)泡沫的性质
泡沫体系有独特的性质,研究泡沫的性质,是解决消泡问题的基础。
1、气泡间液膜的性质
泡沫中气泡间的间距很小,仅以一薄层液膜相隔,研究液膜的性质很有代表意义,又因为,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