泡沫对发酵的影响及控制.ppt

泡沫对发酵的影响及控制,泡沫,由于培养基中有蛋白类表面活性剂存在，在通气条件下，培养液中就出现了泡沫。 泡沫是气体被分散在少量液体中的胶体体系，气液之间被一层液膜隔开，彼此不相连通。 两种类型：机械性泡沫和流态泡沫 基质中的有机氮源(黄豆饼粉等)的种类与浓度是影响起泡的主要原因,本节内容：,泡沫对发酵的影响 发酵过程中泡沫的变化 泡沫的控制,一、泡沫的形成及其对发酵的影响,在大多数微生物发酵过程中，通气、搅拌以及代谢气体的逸出，再加上培养基中糖、蛋白质、代谢物等表面活性剂的存在，培养液中就形成了泡沫。,泡沫的多少与搅拌、通风、培养基性质有关。 蛋白质原料如蛋白胨、玉米浆、黄豆粉、酵母粉等是主要的发泡剂。 糊精含量多也引起泡沫的形成。 当发酵感染杂菌和噬菌体时，泡沫异常多。,少量泡沫的作用： 一定数量的泡沫是正常现象，可以增加气液接触面积，导致氧传递速率增加； 大量的泡沫引起许多负作用： 发酵罐的装料系数减少、氧传递系统减小； 增加了菌群的非均一性； 造成大量逃液，增加染菌机会； 严重时通气搅拌无法进行，菌体呼吸受到阻碍，导致代谢异常或菌体自溶； 消泡剂的添加将给提取工序带来困难。,二、泡沫的变化,通气和搅拌： 随通气和搅拌增加而增加，搅拌比通气影响大； 培养基原料性质： 蛋白胨、玉米浆、花生饼粉、黄豆饼粉、酵母粉等蛋白质原料是主要发泡物质； 培养基灭菌方法： 温度过高，形成蛋白黑色素，泡沫增多； 细胞代谢活动： 初期，高粘度、低张力，泡多；中期，粘度降、张力升，泡少；后期，自溶，泡上升。,发酵过程泡沫的变化,通气与搅拌的强度 培养基的配比及原材料组成 培养基的破坏程度 接种量的大小 培养液本身性质的变化 培养基灭菌的方法和操作 染菌,三、影响泡沫稳定的因素,不同搅拌速度和通气量对泡沫影响,不同浓度蛋白质原科的起泡作用,灭菌时间对泡沫稳定性的影响,调整培养基中的成分（如少加或缓加易起泡的原料）或改变某些物理化学参数（如pH值、温度、通气和搅拌）或者改变发酵工艺（如采用分次投料）来控制，以减少泡沫形成的机会。 采用菌种选育的方法，筛选不产生流态泡沫的菌种，来消除起泡的内在因素。 采用机械消泡或消泡剂来消除已形成的泡沫。,1. 机械消泡,物理消泡方法，利用机械强烈振动或压力变化而使泡沫破裂。,优点：节省原料，减少染菌机会。 缺点：消泡效果不理想，仅可作为消泡的辅助方法。,2. 消泡剂消泡,A.消泡剂的作用： 降低泡沫液膜的机械强度； 降低液膜的表面黏度； 兼有两者的作用，达到破裂泡沫的目的。,B.作为生物工业理想的消泡剂，应具备下列条件： 应该在气液界面上具有足够大的铺展系数，才能迅速发挥消泡作用，这就要求消泡剂有一定的亲水性； 应该在低浓度时具有消泡活性； 应该具有持久的消泡或抑泡性能，以防止形成新的泡沫； 应该对微生物、人类和动物无毒性； 应该对产物的提取不产生影响； 不会在使用、运输中引起任何危害； 来源方便，成本低； 应该对氧传递不产生影响； 能耐高温灭菌。,C.常用的消泡剂有4大类： 天然油脂类 脂肪酸和酯类 聚醚类 硅酮类 以天然油脂类和聚醚类在生物发酵中最为常用。,豆油、玉米油、棉籽油、菜籽油和猪油等。 油不仅用作消泡剂，还可作为碳源和发酵控制的手段。 在发酵中，要控制油的质量、新鲜程度，并要进行发酵试验检验。,聚醚类消泡剂品种很多，它们是氧化丙稀或氧化丙稀和环氧乙烷与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；亲水性差，在发泡介质中的溶解度小，所以用于稀薄发酵液中要比用于粘稠发酵液中的效果好；抑泡性能比消泡性能好，适宜用于基础培养基中，以抑制泡沫的产生。 聚氧乙烯氧丙稀甘油（GPE型，泡敌）氧化丙稀、环氧乙烷与甘油聚合；亲水性好，在发泡介质中易铺展，消泡能力强，作用快，溶解度大，消泡活性维持时间短，用于粘稠发酵液的效果比用于稀薄的好。,D.应用消泡剂时的增效方法： 加载体增效，即用惰性载体（如矿物油、植物油等）使消泡剂溶解分散，达到增效的目的； 消泡剂并用增效，取各种消泡剂的优点进行互补，达到增效； 乳化消泡剂增效，用乳化剂（或分散剂）将消泡剂制成乳剂，以提高分散能力，增强消泡效力，一般只适用于亲水性差的消泡剂。,GP和GPE 1:1混合使用于土霉素发酵，结果比单独使用GP的效力提高2倍。,用吐温-80制成的乳剂，用于庆大霉素发酵，效力提高12倍。,在生产过程中，消泡的效果除了与消泡剂的种类、性质、分子量大小、消泡剂亲油亲水基团等密切相关外，还与消泡剂使用时加入方法、使用浓度、温度等有很大关系，应结合生产实际加以注意和解决。,泡沫的检测和控制,最简单的检测是定时在发酵罐视孔上观察泡沫产生情况，发现泡沫持续上升时，开启消泡剂贮罐的阀门，流加少量消泡剂，使