一、生物發(fā)酵工業(yè),一般是利用微生物生產(chǎn)酒類、醬品等食品,以及抗生素、維生素、氨基酸藥品等。在發(fā)酵過程中發(fā)泡是常見和必然的現(xiàn)象。發(fā)酵過程中所遇到的泡沫,其分散相是無菌空氣和代謝氣體,連續(xù)相是發(fā)酵液,泡沫之間隔著一層液膜,相互聚集,來不及逃逸出液面,從而越聚越多,形成大量泡沫。
如果不加影響和控制,泡沫會造成很多危害:
①降低了發(fā)酵罐的裝料容量;
②菌絲與氧的傳遞量減少;
③泡沫升至罐頂有可能溢出,增加了生物菌染菌的機會;
④泡沫從排氣管外逸,導(dǎo)致發(fā)酵液和產(chǎn)量損失;
⑤部分菌絲黏附在罐蓋上失去作用;
⑥影響通氣和攪拌正常開啟。
⑦對后來的菌體分離、濃縮和最終產(chǎn)品的分離造成麻煩。
二|、生物發(fā)酵工業(yè)為什么會有泡沫產(chǎn)生?
發(fā)酵過程中,一般有2種類型的泡沫。一種是因機械攪拌通風鼓泡造成的機械性品泡沫,通常浮在發(fā)酵液表面,和液面有明顯界面,且泡沫比較大,容易破裂消除。另一種是在的發(fā)酵液當中的泡沫。這種泡沫分散很細,且很均勻,較穩(wěn)定,很難清除。這種泡沫對發(fā)酵過程影響很大。
影響發(fā)酵過程泡沫產(chǎn)生,主要有以下幾個因素:
1. 通風量、攪拌轉(zhuǎn)速
通風量越大,泡沫越多;攪拌轉(zhuǎn)速越大,泡沫越多。
2. 發(fā)酵培養(yǎng)基性質(zhì)
基質(zhì)中的有機氮源是起泡的主要因素,如蛋白胨、玉米漿、黃豆粉、酵母粉等是主要的發(fā)泡劑。
一些對泡沫起穩(wěn)定作用的物質(zhì),如葡萄糖起泡性較差,但它卻會增加發(fā)酵液的黏度,穩(wěn)定泡沫。
3. 滅菌操作
滅菌過程中,滅菌的強度越大,其發(fā)酵液中的泡沫越多。特別實消過程,需注意泡沫規(guī)律,避免跑料。
4. 菌體生長代謝
通常在發(fā)酵初期,由于培養(yǎng)基中的大量的發(fā)泡物質(zhì)的存在,使得泡沫較多,但這時的泡沫大,易破碎。
隨著菌體的大量的增殖,以及大量的發(fā)泡物質(zhì)被消耗,發(fā)酵過程中有一段時間泡沫很少。
當菌體進入對數(shù)生長期后,由于菌體呼吸強度的增加,泡沫越來越多。
當菌體進入產(chǎn)物合成期后,發(fā)酵液的泡沫仍然繼續(xù)增加,這主要是由于菌體合成的產(chǎn)物增加了發(fā)酵液的黏度。
發(fā)酵后期,由于大量的菌體的死亡以及死亡菌體細胞的菌體自溶,使得發(fā)酵液中的大分子蛋白質(zhì)濃度增加,泡沫更為嚴重。當發(fā)酵感染雜菌和噬菌體時,泡沫異常多。
三、發(fā)酵過程中泡沫該如何控制呢?
可以通過調(diào)整培養(yǎng)基中的成分(如少加或緩加易起泡的原材料)或改變某些物理化學參數(shù)(如pH、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會,但這些方法的效果有一定的限度。
還可以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。
對于已形成的泡沫,工業(yè)上可采用化學消泡劑消泡和機械消泡或兩者同時使用消泡。
1. 化學消泡
是指向發(fā)酵液中添加一定量的消泡劑,利用其特殊性質(zhì)消除泡沫的方法。消泡劑的要求也很高:不溶于泡沫液體;表面張力??;無化學反應(yīng)性;加熱殺菌時具有耐熱性;無毒、無臭,不妨礙微生物生長;不降低微生物菌種生長所需的氧溶解度。
發(fā)酵工業(yè)常用的消泡劑主要有天然油脂類、聚醚類、高級醇類(或酯類)及硅酮類(聚硅油)等4類,以天然油脂類和GPE聚醚消泡劑、FE-30發(fā)酵用有機硅消泡劑類最常用。
生產(chǎn)中,一般在發(fā)酵培養(yǎng)基中加入一定量的消泡劑,和培養(yǎng)基一同滅菌,具有一定的抑泡作用。在玉米漿為培養(yǎng)基中,一般加聚醚類消泡劑0.01%到0.03%,使達到滅菌及降溫不產(chǎn)生明顯泡沫為宜。
在發(fā)酵過程中根據(jù)需要定時流加消泡劑,作為中間流加的消泡劑,通常按一定的濃度 配制,經(jīng)滅菌、冷卻,貯存于消泡劑罐中,用無菌空氣保壓待用。
2. 機械消泡
是靠機械強烈振動和壓力的變化,促使氣泡破裂,或借助于機械力將排出氣體中的液體加以分離回收,從而達到消泡的作用。
但是機械消泡的效果不如化學消泡迅速、可靠,不能從根本上消除引起穩(wěn)定泡沫的因素,同時它還需要一定的設(shè)備和消耗一定的動力。
因此要控制好發(fā)酵生產(chǎn)中的泡沫,需要綜合消泡劑的選型,生產(chǎn)過程控制等各環(huán)節(jié)的力量,緊密配合,使生物發(fā)酵行業(yè)泡沫控制在對生產(chǎn)影響最少的狀態(tài)。