《生物化学》初级版.doc

生化工程是是生物化学与化学工程相互渗透所形成的一门新学科。它应用工程学这一实践技术，以微生物作为研究的主角、生物化学作为理论基础，从动态、定量、微观的角度，广泛而深刻地揭示了生物（化学）工业过程的本质。第二章 培养基灭菌问题一：在发酵生产中，为什么要进行灭菌操作？ 1、由于杂菌的污染，使生物反应中的基质或产物因杂菌的消耗而损失，造成生产能力的下降； 2、由于杂菌所产生的一些代谢产物，或在染菌后改变了培养液的某些理化性质，使产物的提取和分离变得困难，造成收率降低或使产品的质量下降；3、杂菌会大量繁殖，会改变反应介质的pH值，从而使生物反应发生异常变化；4、杂菌可能会分解产物，从而使生产过程失败；5、发生噬菌体污染，微生物细胞被裂解，而使生产失败，等等问题二：为防止杂菌的污染，哪些需要灭菌？培养基、发酵设备、空气、菌种制作一、灭菌的原理和方法 消毒与灭菌的区别：消毒与灭菌在发酵工业中均有广泛应用。消毒是指用物理或化学方法杀死物料、容器、器具内外的病源微生物。一般只能杀死营养细胞而不能杀死细菌芽孢。例如，用于消牛奶、啤酒和酿酒原汗等的巴氏消毒法，是将物料加热至60维持30min，以杀死不耐高温的物料中的微生物营养细胞。 灭菌是用物理或化学方法杀死或除去环境中所有微生物，包括营养细胞、细菌芽孢和孢子。消毒不一定能达到灭菌要求，而灭菌则可达到消毒的目的理解消毒需要强调二点：第一，消毒是针对病原微生物，并不要求消除或杀灭所有微生物；第二，消毒是相对的而不是绝对的，它只要求将有害微生物的数量减少到无害的程度，而并不要求把所有有害微生物全部杀灭，一般来说，若能使微生物在消毒过程中的存活概率达到10-3，则认为是可靠的。消毒和灭菌的区别：消毒是相对的，而灭菌则是绝对的，意为完全杀灭或去除灭菌物品上的一切微生物，然而事实上要达到这样的水平是不可能的。灭菌的程度：目前国际上规定，灭菌过程必须使物品中的微生物的存活概率减少到10-6，换句话说：若对一百万件物品进行灭菌处理，允许灭菌后仍有一件物品中留有活的微生物。湿热灭菌原理：由于蒸汽具有很强的穿透能力，而且在冷凝时会放出大量的冷凝热，很容易使蛋白质凝固而杀死各种微生物。 灭菌条件 121，30min。 培养基及设备的灭菌方法:火焰灭菌法、射线灭菌法、干热灭菌法 、湿热灭菌法、过滤除菌法、化学试剂灭菌法（多选） 致死温度：杀死微生物的最低温度。致死时间：在致死温度下，杀死全部微生物所需的时间。在致死温度以上，温度愈高，致死时间愈短。由于一般细菌、产芽胞细菌、微生物细胞和微生物孢子对热的抵抗力不同，因此，它们的致死温度和致死时间也有差别。微生物对热的抵抗力常用“热阻”表示。1、热阻：微生物在某一特定条件下（主要是温度和加热方式）下的致死时间。相对热阻：某一微生物在某条件下的致死时间与另一微生物在相同条件下的致死时间的比值。2. 微生物的热死规律对数残留定律对数残留定律：在微生物受热失活的过程中，微生物不断被杀死，活菌数不断被减少。微生物热死速率可以用分子反应速率来表示，即微生物活体个数减少的速度与任一瞬间残存的菌数成正比。-d N/d t=KNN培养基中残留活菌数，个；t受热时间，min；N0开始灭菌时原菌数，个Nt经时间t后残留菌数，个。k反应速率常数，或比死亡速率常数，min-1。反应速率常数k是微生物耐热性的一种特征，它随微生物的种类和灭菌温度而异。在相同的温度下，k值愈小，则此微生物愈耐热。同一种微生物在不同的灭菌温度下，k值不同，灭菌温度愈低，k值愈低灭菌时间取决于污染的程度（N0）、灭菌的程度（残留菌数Nt）和k值。1/10衰减时间D：在某一温度中，当N0/Nt=10时的时间称为D（decimal reacgtion time），D2.303/K，D与K成反比。阿累尼乌斯方程 k=Ae-E/（RT）表示温度对杀菌速率常数的影响。A频率因子；E反应所需的活化能，J/mol；其值愈大，微生物越易受热死亡T绝对温度，K杀菌速率常数（min-1）R气体常数在其它条件相同时，E越高，K值（反应速度常数）越小，热死速率常数越低，细菌抵抗力越强。由此可见，若要减少营养成分的破坏，可升高温度灭菌。结论：在灭菌时选择较高的温度、较短的时间，这样便既可达到需要的 灭菌程度，同时又可减少营养物质的损失。 三、影响培养基灭菌的因素（大题、选择题）1.营养成分的保持：在灭菌过程中，既要达到灭菌效果，又要考虑尽量减少营养成分的破坏。2.微生物的耐热性：一般无芽孢的细菌在60 60min或70 5min即可杀死，霉菌孢子在8688 3min也可杀死。但有些细菌的芽孢热阻较大，100 30min仍可存活。灭菌所需要的时间取决于把活的细菌的芽孢减少到所规定数目的时间。细菌总数细菌数芽孢数。3.pH值：一般微生物在68时容易存活，pH6时氢离子会进入细胞内部导致其易死亡。4.培养基成分：油脂、糖类和一定浓度的蛋白质会增加生物的耐热性。如大肠杆菌在糖水中致死时间延长或热阻增高。5.泡沫：泡沫中的空气可以形成隔热层（空气是热的不良导体）。解决办法可采用加入少量消泡剂。6.颗粒：颗粒越大越难灭菌，含有较大颗粒剂粗纤维的培养基可考虑过滤方法去除之。7.培养基的物理状态：固体培养基灭菌时间比液体培养基灭菌时间要长，是其的23倍。8.空气排除情况：由于空气排除不彻底，存在空气分压，而不全是蒸汽压力，使罐内实际温度偏低，造成灭菌不彻底。9.培养基中微生物的数量:数量多，时间长10.微生物细胞的其他特性：含水量（含越水多的细胞其蛋白质凝固温度越低）及菌龄等5.分批灭菌设备的优缺点将配好的培养基放在发酵罐或其他容器中，通入蒸汽将培养基和所用设备一起灭菌的操作过程，称为实罐灭菌。分批灭菌不需其他设备，操作简单易行。省去了连消设备和操作，节省了动力。缺点是升温慢、降温也慢，增加了发酵前的准备时间，延长了发酵周期，设备利用低，而且无法采用高温短时灭菌。1.连续灭菌的过程：将配制好的并经预热（6075）的培养基用泵连续输入由直接蒸汽加热的加热塔，使在短时间内达到灭菌温度（130140）。然后进入维持罐（或维持管），使在灭菌温度下维持515秒钟后再进入冷却管，使其冷却至接种温度并直接进入已事先灭菌（空罐灭菌，即“空消”）过的发酵罐内的灭菌方法。简称为“连消”。2.注意事项：培养动物细胞的培养基的灭菌一般不能用热灭菌法，因其中有血清、氨基酸等易受热破坏的成分。这种培养基应采用孔径小于0.22 微米（0.45）的滤膜来除菌。 3.连续灭菌（连消）的优缺点优点：比分批灭菌的温度更高，保温时间则比较短，有利于减少营养物质的破坏；灭菌过程中蒸汽用量平稳；不在发酵罐内进行，提高发酵罐利用率。缺点：设备比较复杂，投资较大；加热器、维持罐（管）、冷却器以及发酵罐（空消）等均应先进行灭菌。4.连消的基本流程连消塔喷淋冷却连消流程喷射加热真空冷却连消流程薄板换热器连消流程 设备构造1.连消塔 是培养液高温短时间连续灭菌设备，它与维持罐组成连续灭菌系统，分套管式和汽液混合式两类。2.维持罐 灭菌系统中的维持设备，主要是使加热后的培养基在维持设备中保温一段时间，以达到灭菌的目的，也称保温设备。3.喷射加热器 可使料液和蒸汽迅速接触，充分混合，加热是在瞬时内完成的。4.冷却设备 常用喷淋冷却器和套管冷却器。喷淋冷却器是将冷却水通过喷淋装置均匀的淋在水平的排管上，以冷却管内的培养基。套管冷却器是一种内管走热培养基，内外管间的管隙中走冷却水的冷却器。5.补充说明组成培养基的耐热物质和不耐热物质可考虑在不同温度下分开灭菌，以减少相应营养物质受热的破坏程度；也可将碳源和氮源分开灭菌，以避免醛基与氨基发生反应，防止有害物质的生成。上述3种为国内外常用的连续灭菌流程，由于灭菌过程就是加热和冷却过程，故这些设备组成的流程不是一成不变的，例如当喷射加热方式后采用真空冷却有困难时，也可考虑其他冷却方式（喷淋冷却器或薄板换热器等）。第二章 空气除菌三、空气除菌的方法1、加热除菌 基于加热后微生物体内的蛋白质（酶）热变性而得以实现。鉴于空气在进入培养系统之前，一般均需用压缩机压缩，提高压力，所以，空气热灭菌时所需的温度，就不必用蒸汽或其他载热体加热，而可直接利用空气压缩时的温度升高来实现。空气经压缩后温度可升到200以上，保持一定时间后，便可实现干热杀菌。利用空气压缩时所产生的热量进行灭菌的原理对制备大量无菌空气具有特别重要的意义。在实际应用时，对培养装置与空气压缩机的相对位置，连接压缩机与培养装置的管道灭菌以及管道长度等问题都必须加以仔细考虑。2、静电除菌3、介质过滤除菌1）.概念：介质过滤除菌是使空气通过经无菌介质过滤层，将空气中的微生物等颗粒阻截在介质层中，而达到除菌目的。2）.介质过滤除菌的分类：根据介质间的孔隙分类。常规介质过滤：是介质间孔隙大于微生物直径，故必须有一定厚度的介质滤层才能达到过滤除菌的目的，称为常规介质过滤。这类过滤介质有棉花、活性炭、玻璃纤维、有机合成纤维、烧结材料（烧结金属、烧结陶瓷、烧结塑料）；绝对过滤：介质的孔隙小于细菌，含细菌等微生物的空气通过介质，微生物就被截留于介质上而实现过滤除菌，有时称之为绝对过滤。绝对过滤在生物加工过程中的应用逐渐增多，它可以除去0.2m左右的粒子，故可以把生物全部过滤除去。1、常规介质过滤除菌原理：与通常的过滤原理不一样，常见悬浮于空气中的微生物粒子大小在0.52um之间，深层过滤所用的过滤介质如棉花纤维的填充系数为8%时，所形成网络的孔隙为2050um，微粒随气流通过滤层时，滤层纤维所形成的网格阻碍气流前进，使气流出现无数次改变运动速度和方向，绕过纤维前进，这些改变引起微粒对滤层纤维产生惯性冲击、阻拦、重力沉降、布朗扩散、静电吸引等作用而把微粒滞留在纤维表面上。绝对过滤：介质的孔隙小于细菌，含细菌等微生物的空气通过介质，微生物就被截留于介质上而实现过滤除菌，有时称之为绝对过滤。绝对过滤在生物加工过程中的应用逐渐增多，它可以除去0.2m左右的粒子，故可以把生物全部过滤除去 空气过滤除菌的机制1.惯性碰撞滞留作用： 2.阻拦滞留作用：3.布朗扩散作用：气流速度大小对布朗运动的影响：气流速度小：布朗扩散截留和拦截截留显著；气流速度大：惯性撞击截留作用显著4.重力沉降作用 5.静电吸附作用 一般认为惯性撞击截留、拦截截留和布朗运动截留的作用较大，而重力和静电引力的作用则很小。空气过滤除菌的介质 纸类过滤介质 纤维状或颗粒状过滤介质 棉花 玻璃纤维 活性炭 微孔滤膜类过滤介质、空气过滤除菌流程几种典型的空气过滤除菌流程 1.两级冷却、分离、加热的空气除菌流程 2.冷热空气直接混合式空气除菌流程 3.高效前置过滤空气除菌流程 4.利用热空气加热冷空气的流程(一)空气过滤除菌的基本流程 空气高空取气管除尘器空气压缩机贮气罐一级冷却器油水分离器二级冷却器除雾气加热器总过滤器分过滤器无菌空气1 两级冷却、分离、加热的空气除菌流程特点：这是一个比较完善的空气除菌流程，可适应各种气候条件，能充分地分离油水，使空气达到低的相对湿度下进入过滤器，以提高过滤效率。该流程的特点是两次冷却、两次分离、适当加热。两次加热、两次分离油水的好处是能提高传热系数，节约冷却水，油水分离得比较完全。流程1：经第一冷却器冷却后，大部分的水、油都已结成较大的颗粒，且雾粒浓度较大，故适宜用旋风分离器分离。流程2：第二冷却器使空气进一步冷却后析出一部分较小雾粒，宜采用丝网分离器分离，这样发挥丝网能够分离较小直径的雾粒和分离效率高的作用。通常，第一级冷却到3035，第二级冷却到2025。除水后，空气的相对湿度仍较高，须用丝网分离器后的加热器加热空气，使其相对湿度降低至50%60%，以保证过滤器的正常运行。应用：两级冷却、加热除菌流程尤其适用潮湿的地区，其他地区可根据当地情况，对流程中的设备作适当的增减。一些对无菌程度要求比较高的微生物工程产品，均使用此流程。2.冷热空气直接混合式空气除菌流程特点：可省第二冷却分离设备和空气再加热设备，流程比较简单，冷却水用量较少，利用压缩空气的热量来提高空气温度。 压缩空气从贮罐出来后分成两部分，一部分进入冷却器，冷却到较低温度，经分离器分离水、油雾后与另一部分未处理过的高温压缩空气混合，此时混合空气已达到温度为30-35，相对湿度为50%-60%的要求，再进入过滤器过滤。 该流程的特点是可省去第二次冷却后的分离设备和空气加热设备，流程比较简单，利用压缩空气来加热析水后的空气，冷却水用量少等。 该流程适用于中等含湿地区，但不适合于空气湿度高的地区。 由于外界空气随季节而变化，冷热空气的混合流程需要较高的操作技术。露点即空气中的水汽开始达到饱和而析出水分时的温度。当水汽未饱和时，气温一定高于露点温度。临界氧浓度1.概 念：当培养基中不存在其他限制性基质时，不影响耗氧微生物生长繁殖的发酵液中最低溶氧浓度称为该微生物的“临界氧浓度”。无抑制的细胞生长动力学Monod方程 现代细胞生长动力学的奠基人Monod在1942年指出，在培养基中无抑制剂存在的情况下，细胞的比生长速率与限制性基质浓度的关系可用下式表示： （填空）Monod方程是典型的均衡生长模型，其基本假设如下： 细胞的生长为均衡式生长，因此描述细胞生长的唯一变量是细胞的浓度； 培养基中只有一种基质是生长限制性基质，而其它组分为过量，不影响细胞的生长； 细胞的生长视为简单的单一反应，细胞生长速率为一常数。 按1/ 对1/s坐标作图，若能得一直线，说明该微生物符合Monod生长动力学，斜率为Ks / m ，截距为-KS1.当限制性营养物质的浓度S很低的时候（S Ks时 m，符合零级动力学关系。3.Monod方程与酶催化反应的米氏方程形式上是一样的，因为微生物的生长可看作酶反应的粗略代表；但所不同的是，米氏方程是应用酶反应理论推导得到的，而Monod方程却是完全经验得到的。 传氧速率方程1.供氧：空气中的氧从空气泡里通过气膜、气液界面和液膜扩散到液体主流中。2.供氧方面的阻力（为控制因素）：气膜阻力，主流气流与气膜间的气膜阻力；气液界面阻力，与空气情况相关；液膜阻力，气液界面至液体主流间的液膜阻力；液流阻力。3.耗氧：氧自液体主流通过液膜、菌体丛、细胞膜扩散到细胞内。整个过程必须克服一系列的阻力，才能被微生物利用。4.耗氧方面的阻力：细胞周围液膜阻力，与发酵液成分和浓度相关；菌丝丛或团内的扩散阻力；细胞膜阻力，与微生物的生理特性相关；细胞内反应阻力。（二）传氧速率方程1.按照双膜理论，通过气膜的传氧推动力为（P-Pi），继续通过液膜时推动力为（Ci-C），与两个推动力相对应的阻力分别是气膜阻力和液膜阻力。2.在稳定传质过程中，传质途径上的各点氧浓度不随时间而变化，故通过两膜的氧传递速率N应相等， 即：N=kG(P-Pi)=kL(Ci-C) N-传氧速率（kmol/m2.h）kG-气膜传质系数（kmol/m2.h.atm)kL-液膜传质系数（m/h）或（kmol/m2h)(m3/kmol) p-气相主流中氧的分压(atm) pi-气液界面上的氧分压(atm) C-液相主流中氧的浓度（kmol/m3）Ci-气液界面上氧的平衡浓度（kmol/m3）因pi、Ci无法测量，故将N=kG(P-Pi)=kL(Ci-C)改写为： 改写方程为：N=KG(P-P*)=KL(C*-C)KG-以氧分压为总推动力的总传质系数（kmol/m2.h.atm)KL-以氧浓度差为总推动力的总传质系数（m/h);P*-与液相主体中溶氧浓度相平衡的氧分压（atm)C*-与气相主体中氧分压P相平衡的氧浓度（kmol/m3） 因为气相主流中氧的分压p和液相主流溶氧浓度C均可直接测定。由于在氧的传递过程中液膜阻力远大于气膜阻力（即p-pi差异小，不易测定），故通常是以(C*-C)为溶氧推动力来计算传氧速率。影响传氧速率的因素影响传氧速率的因素有溶氧系数kLa和推动力(C*-C),kLa值与搅拌、空气线速度、空气分布器的形式和发酵液的黏度等有关，与推动力有关的则为氧分压、醪液性质、发酵罐内柱高度挡板作用：防治液面中央产生漩涡；促使液体强烈翻动，增加溶解氧；改变液流的方向，由径流改为轴向流；加强搅拌强度，促使液体上下翻动和控制流型、消除涡流。溶氧系数的测定方法 亚硫酸盐氧化法（实验内容）、极谱法、溶氧电极法（包括稳态法和动态法）（了解）亚硫酸盐氧化法测定溶氧系数的优缺点优点：氧溶解速度与亚硫酸盐浓度无关，且反应速度快不需要特殊仪器。缺点：不能在真实发酵条件下进行测定发酵液的溶氧，因为亚硫酸盐对微生物的生长有影响，且发酵液的成分、消泡剂、表面张力、黏度、特别是菌体都影响氧的传递。这种方法测定的结果仅能说明某种发酵罐在该操作条件下的性能，而不能说明溶氧和微生物耗氧的全过程。主要用于作为设备溶氧系数的测定。1. 发酵动力学研究的内容发酵动力学：是研究发酵过程中菌体生长、基质消耗、产物生成的动态平衡及其内在规律。研究内容：包括了解发酵过程中菌体生长速率、基质消耗速率和产物生成速率的相互关系，环境因素对三者的影响，以及影响其反应速度的条件。发酵过程按进行过程有三种方式：分批发酵(Batch fermentation)、补料分批发酵(Fed-batch fermentation)、连续发酵(Continuous fermentation)微生物的生长曲线 在分批培养过程中，随着微生物和底物、代谢产物的浓度等的不断变化，微生物的生长可分为停滞期、对数生长期、减速期、稳定期和死亡期5 （4）个阶段。td为倍增时间：微生物细胞浓度增加一倍所需要的时间，也叫倍增时间。一些微生物受遗传特性及生长条件的控制，比生长速度和倍增时间有很大的差异。 例题：某微生物的 u0.125 h-1，求td。产物形成的动力学模型Gaden根据产物生成速率与细胞生长速率之间的关系，将其分为三种类型：类型称为相关模型，或称伴随生长的产物形成模型；类型称为部分相关模型，或称不完全伴随生长的产物形成模型；类型称为非相关模型或称不伴随生长的产物形成模型。 生长得率：是指每消耗1g(或mo1)基质(一般指碳源)所产生的菌体重(g)，即Yx/s=X/S。 产物得率：是指每消耗1g(或mo1)基质所合成的产物量(g或mol数)。这里消耗的基质是指被微生物实际利用掉的基质数量，即投入的基数减去残留的基质量(S0-S)。 连续培养特点1、定义 培养基料液连续输入发 酵罐，并同时放出含有产品的相同体积发酵液，使发酵罐内料液量维持恒定，微生物在近似恒定状态（恒定的基质浓度、恒定的产物浓度、恒定的pH、恒定菌体浓度、恒定的比生长速率）下生长的发酵方式。1.优 点提供了一个微生物在恒定状态下生长的环境，达到对微生物的稳定高速培养或产生大量代谢产物为目的，便于进行微生物的代谢、生理、生化和遗传特性的研究；在工业上可减少分批培养中每次清洗、装料、灭菌、接种、放罐等的操作时间，提高生产效率；产物质量比较稳定；所需设备和投资较少，便于实现自动化。2.缺 点连续培养的细胞在开放系统中进行的，发酵过程易染菌；在长时间的培养过程中，微生物菌种容易发生变异；新加入的培养基与原有的培养基不易完全混合，影响培养和营养物质的利用。1.固定化酶：是被固定在某一有限空间内不再能自由流动而仍有催化活性的酶。固定化技术1.吸附法物理吸附离子吸附2.包埋法格子型包埋微胶囊型包埋3.共价键结合法重氮化法烷基化法和芳基化法戊二醛化法4.交联法常用的载体有阴离子交换剂(如二乙基氨基乙基(DEAE)-纤维素、混合胺类（ECTEDLA）纤维素、四乙氨基乙基(TEAE)纤维素、DEAE葡聚糖凝胶、Amberlite IRA93、410、900等)、阳离子交换剂(如羧甲基(CM)纤维素、纤维素柠檬酸盐、Amberlite CG50、IRC50、IR200、Dowex50等)交联法：依靠双功能基团的试剂，使酶蛋白分子之间发生交联，凝集成网状结构而成为固定化酶，最常用的双功能试剂有戊二醛、异氰酸酯和双重氮联苯胺等。酶蛋白中的游离氨基、酚基、咪唑基及巯基均可参与交联反应。双功能试剂：常用的是戊二醛。（了解）固定化酶酶活性的测定方法1.测定酶的固定化量：固定化反应完成后，以原始酶量减去洗涤液（反应液）中残存的酶含量。2.测定颗粒直径：固定化酶的粒径越小，酶活性越高。固定化酶颗粒直径大小影响酶活性。3.测定酶反应最适pH值：酶固定化后反应的最适pH较原来的酶有所变化。4.检查酶是否脱落：测定酶活性后，滤除固定化酶，用离心所得的溶液再经过适当保温检查是否还继续进行反应，如果溶液中出现酶反应，说明酶脱落。固定化细胞：把菌体细胞中特定的酶不经过分离提纯，直接用适当的方法将菌体加以固定来催化各种特定的生物化学反应。（选择）生化过程参数的分类 1.直接参数：可以直接采用特定的传感器检测的参数称为直接参数，包括各种反映物理环境和化学环境变化的参数。物理环境参数：主要包括温度、压力、体积、流量（空气、料液、冷却水）、轴功率、搅拌转速、泡沫高度、黏度、浊度等。化学环境参数：主要有pH、离子强度、溶解氧、氧化还原电位、进出口氧及二氧化碳浓度、基质、细胞主要成分等。2.间接参数：又称综合参数，主要反映细胞生长、产物合成及呼吸强度等生物变化规律的参数，如细胞浓度、糖利用率等。黏度的检测常用的黏度测定仪毛细管黏度计（1，2）、回转式黏度计（3）和涡轮黏度计等。一般装设自动无菌取样循环系统，使发酵液通过取样管路流过回转式黏度计或毛细管黏度计，以实现发酵液黏度的连续在线检测。 1.传感器（电极或探头）：能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用信号的器件或装置，它通常由敏感元件、转化元件及相应的机械结构和线路组成。2.生物传感器：是利用酶、抗体、微生物等作为敏感材料，将所感受的生物体信息（分子识别）转换成电化学信号、光学信号、声信号进行检测的传感器。泡沫产生的原因1.一般而言，纯水及纯表面活性剂不起泡，因为它们的表面和内部是均匀的，很难形成薄膜，即使形成也不稳定，会瞬间消失；2.发酵液中含有蛋白质等类似表面活性剂的物质存在，由外界引入的气流被机械地分散形成气泡，另外发酵过程中产生的气体聚结也可形成气泡（气泡形成后后由于分子间力的作用，形成规则排列的亲水基和疏水基并被气泡壁吸附，其亲水基朝向水相，疏水基朝向气泡内，从而在气泡界面上形成弹性膜，其稳定性很强，常态下不易破裂）；3.泡沫的稳定性与表面粘性和弹性、电斥性、表面膜的移动、温度、蒸发等因素有关。泡沫的控制和消除 主要有化学消泡和机械消泡两种方法。1.机械消泡：消泡机理：靠机械强烈振动、压力的变化，促使气泡破裂，或借机械力将排出气体中的液体加以分离回收。优缺点：节省原料，减少由于消泡剂所引起的污染机会；需要一定的设备和消耗一定的动力，不能从根本上消除引起泡沫温定的因素。罐内机械消泡和罐外机械消泡a.罐内消泡包括：耙式消泡浆、超声波消泡器及碟片式消泡器等。b.罐外消泡包括：旋转叶片式、离心式及转向板式等。2.化学消泡：消泡机理：消泡剂表面张力低，使气泡膜局部的表面张力降低，使得平衡受到破坏。优点：来源广泛、消泡效果好，作用迅速可靠，用量少，容易实现自动控制；可能影响下游技术中的产物分离。选用依据： a.表面活性剂，有较低表面张力； b.对气-液界面的散布系数必须足够大; c.无毒害，不影响细胞的生长和代谢，不影响产物提取和产品质量； d.在水中的溶解度较小，不影响溶液中氧的溶解和传递; e.来源方便，成本低; f.不干扰各种测量仪表的使用。消泡剂种类：a.天然油脂:豆油、菜籽油、玉米油、棉籽油、鱼油、猪油等。b.高级醇类:十八醇，聚二醇等。c.聚醚类:聚氧丙烯甘油、聚氧乙烯氧丙烯甘油等。d.硅酮类:聚二甲基硅氧烷及其衍生物。消泡剂的应用和增效作用 a.消泡剂 + 载体 b.复合消泡剂 c.消