發(fā)酵過程泡沫的控制與種類

根據(jù)發(fā)酵過程泡沫的消長規(guī)律，對泡沫的控制可以采用兩種途徑：

種是減少泡沫形成的機會，通過調(diào)整培養(yǎng)基的成分（如少加或緩加易起泡的培養(yǎng)基成分）、改變某些培養(yǎng)條件（如ph、溫度、通氣量、攪拌速率）或改變發(fā)酵工藝（如采用分批投料）來控制。

另種是消除已形成的泡沫，可分為機械消泡和化學消泡兩大類，這是微生物發(fā)酵工業(yè)上消除泡沫常用的方法。

1.機械消泡

它是種物理消泡的方法，借助機械強烈振動或壓力變化起到破碎氣泡、消除泡沫的作用。消泡裝置可安裝在罐內(nèi)或罐外。罐內(nèi)可在攪拌軸上方安裝消泡槳，泡沫借旋風離心場作用被壓碎，也可將少量消泡劑加到消泡轉(zhuǎn)子上以增強消泡效果。罐外法是將泡沫引出罐外，通過噴嘴的加速作用或離心力破碎泡沫后，液體再返回發(fā)酵罐內(nèi)。機械消泡的優(yōu)點是不用在發(fā)酵液中引入外源物質(zhì)（如消泡劑），節(jié)省原材料，減少染菌機會，且不會增加下游提取工藝的負擔。但其效果往往不如消泡劑消泡迅速、可靠，需要定的設備和消耗定的動力，其大的缺點是不能從根本上消除泡沫的形成，因此常作為消泡的輔助方法使用。

2.化學消泡

它是種利用添加化學消泡劑的方式來消除泡沫的消泡法，也是目前應用廣的消泡方法。根據(jù)泡沫形成的因素，可以選擇作用機制不同的消泡劑。消泡劑都是表面活性劑，具有較低的表面張力。當泡沫表面存在由性表面活性物質(zhì)形成的雙電層時，加入另種性相反的表面活性物質(zhì)可以中和電性，破壞泡沫的穩(wěn)定定性，使泡沫破碎；或加入性更強的物質(zhì)與發(fā)泡劑爭奪泡沫表面上的空間，降低泡沫液膜的機械強度，進而促使。當泡沫的液膜具有較大的黏度時，可加入某些分子內(nèi)聚力小的物質(zhì)，以降低液膜的表面黏度，使液膜的液體流失，導致泡沫破碎，從而達到消除泡沫的目的。

根據(jù)消泡原理和發(fā)酵液的性質(zhì)和要求，理想的消泡劑必須有以下特點：

①消泡劑必須具有較低的表面張力，消泡作用迅速，效率高；

②在氣液界面上具有足夠大的鋪展系數(shù)，即要求消泡劑具有定的親水性；

③消泡劑在水中的溶解度較小，以保持其持久的消泡或抑泡性能；

④對發(fā)酵過程中氧的傳遞以及對提取過程中產(chǎn)物的分離、提取不產(chǎn)生影響；

⑤耐高溫，不干擾溶解氧、ph等測定儀表的使用；

⑥消泡劑來源方便，價格便宜；

⑦對微生物、人畜無毒性。

發(fā)酵工業(yè)常用的消泡劑分天然油脂類、聚醚類、高醇類和硅樹脂類四大類，其中前兩類使用得多。

常用的天然油脂類消泡劑有玉米油、豆油、米糠油、棉籽油和豬油等，除作為消泡劑外，這些物質(zhì)還可作為碳源，但其消泡能力不強，所需用量大。

聚醚類消泡劑的種類很多，它們是氧化丙烯或氧化丙烯與環(huán)氧乙烷及甘油聚合而成的聚合物。聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚俗稱“泡敵"，用量為0.03%左右，消泡能力比植物油大10倍以上。“泡敵”的親水性好，在發(fā)泡介質(zhì)中易鋪展，消泡能力強，但其溶解度大，消泡活性維持時間較短，在黏稠發(fā)酵液中使用效果比在稀薄發(fā)酵液中更好。其他的消泡劑，如高醇類中的十八醇是常用的種，可單獨或與其他載體起使用，它與冷榨豬油起能有效控制發(fā)酵的泡沫。另外，聚乙二醇具有消泡效果持久的特點，尤其適用于霉菌發(fā)酵。

硅酮類消泡劑的代表是聚二甲基硅氧烷及其衍生物，其分子結(jié)構(gòu)通式為（Ch3）3SiO[Si（Ch3）2]nSi（Ch3）3，單獨使用效果很差。它常與分散劑（微晶SiO2）起使用，也可與水配成10%的純聚硅氧烷乳液。這類消泡劑適用于微堿性的放線菌和細菌發(fā)酵。消泡劑多數(shù)是溶解度小、分散性不十分好的高分子化合物，在應用中除采用化學和機械方法聯(lián)合控制泡沫外，常添加增效劑以降低黏度，促進消泡劑擴散，提高消泡劑的消泡效果。例如，加入載體增效，即用惰性載體（包括礦物油、植物油等）將消泡劑溶解分散；消泡劑并用增效，如將聚氧丙烯甘油和聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚按1：1混合使用；消泡劑乳化增效，即將乳化劑與消泡劑混合制成乳劑，以提高分散能力。

消泡劑的選擇和實際使用還有許多問題，應結(jié)合生產(chǎn)實際加以解決。

近年來，也有從生產(chǎn)菌種本身的特性著手，預防泡沫的形成，如在單細胞蛋白生產(chǎn)中，篩選在生長期不易形成泡沫的突變株。也有用混合培養(yǎng)方法，如有人用產(chǎn)堿菌、土壤桿菌同莫拉菌起培養(yǎng)來控制泡沫的形成，這是種菌產(chǎn)生的泡沫形成物質(zhì)被另種菌協(xié)作同化的緣故。