第七章泡沫對發(fā)酵的影響及控制

第七章泡沫對發(fā)酵的影響及控制第一頁，共二十頁，編輯于2023年，星期四泡沫由于培養(yǎng)基中有蛋白類表面活性劑存在，在通氣條件下，培養(yǎng)液中就出現(xiàn)了泡沫。泡沫是氣體被分散在少量液體中的膠體體系，氣液之間被一層液膜隔開，彼此不相連通。兩種類型：機(jī)械性泡沫和流態(tài)泡沫基質(zhì)中的有機(jī)氮源(黃豆餅粉等)的種類與濃度是影響起泡的主要原因第二頁，共二十頁，編輯于2023年，星期四本節(jié)內(nèi)容：泡沫對發(fā)酵的影響發(fā)酵過程中泡沫的變化泡沫的控制第三頁，共二十頁，編輯于2023年，星期四一、泡沫的形成及其對發(fā)酵的影響

在大多數(shù)微生物發(fā)酵過程中，通氣、攪拌以及代謝氣體的逸出，再加上培養(yǎng)基中糖、蛋白質(zhì)、代謝物等表面活性劑的存在，培養(yǎng)液中就形成了泡沫。泡沫的多少與攪拌、通風(fēng)、培養(yǎng)基性質(zhì)有關(guān)。蛋白質(zhì)原料如蛋白胨、玉米漿、黃豆粉、酵母粉等是主要的發(fā)泡劑。糊精含量多也引起泡沫的形成。當(dāng)發(fā)酵感染雜菌和噬菌體時，泡沫異常多。第四頁，共二十頁，編輯于2023年，星期四少量泡沫的作用：一定數(shù)量的泡沫是正?，F(xiàn)象，可以增加氣液接觸面積，導(dǎo)致氧傳遞速率增加；大量的泡沫引起許多負(fù)作用：發(fā)酵罐的裝料系數(shù)減少、氧傳遞系統(tǒng)減??；增加了菌群的非均一性；造成大量逃液，增加染菌機(jī)會；嚴(yán)重時通氣攪拌無法進(jìn)行，菌體呼吸受到阻礙，導(dǎo)致代謝異?；蚓w自溶；消泡劑的添加將給提取工序帶來困難。第五頁，共二十頁，編輯于2023年，星期四二、泡沫的變化通氣和攪拌：隨通氣和攪拌增加而增加，攪拌比通氣影響大；培養(yǎng)基原料性質(zhì)：蛋白胨、玉米漿、花生餅粉、黃豆餅粉、酵母粉等蛋白質(zhì)原料是主要發(fā)泡物質(zhì)；培養(yǎng)基滅菌方法：溫度過高，形成蛋白黑色素，泡沫增多；細(xì)胞代謝活動：初期，高粘度、低張力，泡多；中期，粘度降、張力升，泡少；后期，自溶，泡上升。第六頁，共二十頁，編輯于2023年，星期四發(fā)酵過程泡沫的變化第七頁，共二十頁，編輯于2023年，星期四通氣與攪拌的強(qiáng)度培養(yǎng)基的配比及原材料組成培養(yǎng)基的破壞程度接種量的大小培養(yǎng)液本身性質(zhì)的變化培養(yǎng)基滅菌的方法和操作染菌三、影響泡沫穩(wěn)定的因素第八頁，共二十頁，編輯于2023年，星期四不同攪拌速度和通氣量對泡沫影響第九頁，共二十頁，編輯于2023年，星期四不同濃度蛋白質(zhì)原科的起泡作用第十頁，共二十頁，編輯于2023年，星期四滅菌時間對泡沫穩(wěn)定性的影響

第十一頁，共二十頁，編輯于2023年，星期四四、泡沫的消除調(diào)整培養(yǎng)基中的成分（如少加或緩加易起泡的原料）或改變某些物理化學(xué)參數(shù)（如pH值、溫度、通氣和攪拌）或者改變發(fā)酵工藝（如采用分次投料）來控制，以減少泡沫形成的機(jī)會。采用菌種選育的方法，篩選不產(chǎn)生流態(tài)泡沫的菌種，來消除起泡的內(nèi)在因素。采用機(jī)械消泡或消泡劑來消除已形成的泡沫。第十二頁，共二十頁，編輯于2023年，星期四1.機(jī)械消泡物理消泡方法，利用機(jī)械強(qiáng)烈振動或壓力變化而使泡沫破裂。優(yōu)點：節(jié)省原料，減少染菌機(jī)會。缺點：消泡效果不理想，僅可作為消泡的輔助方法。罐內(nèi)消泡——靠罐內(nèi)消泡槳轉(zhuǎn)動打碎泡沫。罐外消泡——將泡沫引出罐外，通過噴嘴的加速作用或離心力來消除泡沫第十三頁，共二十頁，編輯于2023年，星期四第十四頁，共二十頁，編輯于2023年，星期四第十五頁，共二十頁，編輯于2023年，星期四第十六頁，共二十頁，編輯于2023年，星期四2.消泡劑消泡A.消泡劑的作用：降低泡沫液膜的機(jī)械強(qiáng)度；降低液膜的表面黏度；兼有兩者的作用，達(dá)到破裂泡沫的目的。B.作為生物工業(yè)理想的消泡劑，應(yīng)具備下列條件：應(yīng)該在氣－液界面上具有足夠大的鋪展系數(shù)，才能迅速發(fā)揮消泡作用，這就要求消泡劑有一定的親水性；應(yīng)該在低濃度時具有消泡活性；應(yīng)該具有持久的消泡或抑泡性能，以防止形成新的泡沫；應(yīng)該對微生物、人類和動物無毒性；應(yīng)該對產(chǎn)物的提取不產(chǎn)生影響；不會在使用、運輸中引起任何危害；來源方便，成本低；應(yīng)該對氧傳遞不產(chǎn)生影響；能耐高溫滅菌。第十七頁，共二十頁，編輯于2023年，星期四C.常用的消泡劑有4大類：天然油脂類脂肪酸和酯類聚醚類硅酮類以天然油脂類和聚醚類在生物發(fā)酵中最為常用。豆油、玉米油、棉籽油、菜籽油和豬油等。油不僅用作消泡劑，還可作為碳源和發(fā)酵控制的手段。在發(fā)酵中，要控制油的質(zhì)量、新鮮程度，并要進(jìn)行發(fā)酵試驗檢驗。聚醚類消泡劑品種很多，它們是氧化丙稀或氧化丙稀和環(huán)氧乙烷與甘油聚合而成的聚合物。聚氧丙稀甘油（GP型）——氧化丙稀和甘油聚合；親水性差，在發(fā)泡介質(zhì)中的溶解度小，所以用于稀薄發(fā)酵液中要比用于粘稠發(fā)酵液中的效果好；抑泡性能比消泡性能好，適宜用于基礎(chǔ)培養(yǎng)基中，以抑制泡沫的產(chǎn)生。聚氧乙烯氧丙稀甘油（GPE型，泡敵）——氧化丙稀、環(huán)氧乙烷與甘油聚合；親水性好，在發(fā)泡介質(zhì)中易鋪展，消泡能力強(qiáng)，作用快，溶解度大，消泡活性維持時間短，用于粘稠發(fā)酵液的效果比用于稀薄的好。第十八頁，共二十頁，編輯于2023年，星期四D.應(yīng)用消泡劑時的增效方法：加載體增效，即用惰性載體（如礦物油、植物油等）使消泡劑溶解分散，達(dá)到增效的目的；消泡劑并用增效，取各種消泡劑的優(yōu)點進(jìn)行互補(bǔ)，達(dá)到增效；乳化消泡劑增效，用乳化劑（或分散劑）將消泡劑制成乳劑，以提高分散能力，增強(qiáng)消泡效力，一般只適用于親水性差的消泡劑。GP和GPE1:1混合使用于土霉素發(fā)酵，結(jié)果比單獨使用GP的效力提高2倍。用吐溫-80制成的乳劑，用于慶大霉素發(fā)酵，效力提高1～2倍。在生產(chǎn)過程中，消泡的效果除了與消泡劑的種類、性質(zhì)、分子量大小、消泡劑親油親水基團(tuán)等密切相關(guān)外，還與消泡劑使用時加入方法、使用濃度、溫度等有很大關(guān)系，應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)實際加以注意和解決。第十九頁，共二十頁，編輯于2023年，星期四泡沫的檢測和控制最簡單的檢測是定時在發(fā)酵罐視孔上觀察泡沫產(chǎn)生情況，發(fā)現(xiàn)泡沫持續(xù)上升時，開啟消泡劑貯罐的閥門，流加少