第四章发酵消泡5ppt课件

1、第四章第四章 发酵过程控制发酵过程控制第五节第五节 发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制第五节第五节 发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制一、泡沫形成的基本理论一、泡沫形成的基本理论泡沫的定义：一般来说：泡沫是气体在液体中的泡沫的定义：一般来说：泡沫是气体在液体中的粗分散体，属于气液非均相体系粗分散体，属于气液非均相体系美国道康宁公司对泡沫这样定义：体积密度接近美国道康宁公司对泡沫这样定义：体积密度接近气体，而不接近液体的气体，而不接近液体的“气气/液分散体。液分散体。发酵过程起泡的利弊：气体分散、增加气液发酵过程起泡的利弊：气体分散、增加气液接触面积，但过多的泡沫是有

2、害的接触面积，但过多的泡沫是有害的湖北工业大学生物工程学院6.2 泡沫的形成泡沫的形成泡沫是气体分散在少量液体中的胶体体系，泡沫是由泡沫是气体分散在少量液体中的胶体体系，泡沫是由许多气泡堆积在一起形成的，在气泡间有一层液膜隔许多气泡堆积在一起形成的，在气泡间有一层液膜隔开彼此不连通，泡沫形成的必要条件是：开彼此不连通，泡沫形成的必要条件是：1)气、液二相共存气、液二相共存2)有表面活性物有表面活性物（表面张力大的物质存在，（表面张力大的物质存在，单组份纯液体一般不形成泡沫单组份纯液体一般不形成泡沫湖北工业大学生物工程学院无论哪个体系，自由能总是趋向于最小的方向无论哪个体系，自由能总是趋向于最小

3、的方向移动，对单元成分的体系来说，其自由能变化移动，对单元成分的体系来说，其自由能变化可由下式表示，当温度与气压一定时：可由下式表示，当温度与气压一定时： ：自由能变化尔格）：自由能变化尔格） ：液体的表面张力达因：液体的表面张力达因/厘米）厘米） ：表面积的变化：表面积的变化AA湖北工业大学生物工程学院从上式看来，当液体表面积增加时，表面能也增加，从上式看来，当液体表面积增加时，表面能也增加，而体系总是趋于能量最小的方向移动，表面增加就使体而体系总是趋于能量最小的方向移动，表面增加就使体系成为不稳定因素，泡沫就是这样一个不稳定体系，因系成为不稳定因素，泡沫就是这样一个不稳定体系，因此此 纯水

4、时形成的泡沫很快被破灭纯水时形成的泡沫很快被破灭,要使体系稳定，体系中必须增加一种稳定剂要使体系稳定，体系中必须增加一种稳定剂.培养基的物理化学性质对泡沫形成的表面现象起决定培养基的物理化学性质对泡沫形成的表面现象起决定性的作用。当气体通过纯水性的作用。当气体通过纯水(水的表面张力为水的表面张力为0.072Nm-1)的气的气液相的界面时，平衡发生改变，气泡只能维持几液相的界面时，平衡发生改变，气泡只能维持几分之一秒，其稳定性等于零，这是由于能学上的不稳定分之一秒，其稳定性等于零，这是由于能学上的不稳定性和围绕气泡的液膜强度很低所致。性和围绕气泡的液膜强度很低所致。湖北工业大学生物工程学院（一泡

5、沫形成的原因（一泡沫形成的原因1 1、气液接触、气液接触 产生泡沫的首要条件是气体和液体发生接触。只产生泡沫的首要条件是气体和液体发生接触。只有气体与液体连续、充分地接触才会产生过量的有气体与液体连续、充分地接触才会产生过量的泡沫。气液接触大致有以下两类情况：泡沫。气液接触大致有以下两类情况：（1气体从外部进入液体，如搅拌液体时混入气气体从外部进入液体，如搅拌液体时混入气体体（2气体从液体内部产生。气体从液体内部产生气体从液体内部产生。气体从液体内部产生时，形成的泡沫一般气泡较小、较稳定。时，形成的泡沫一般气泡较小、较稳定。v发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制湖北工业大学生物工程

6、学院2 2、含助泡剂、含助泡剂摇荡纯溶剂不起泡，如蒸馏水，只有摇荡某种溶液摇荡纯溶剂不起泡，如蒸馏水，只有摇荡某种溶液才会起泡。才会起泡。在纯净的气体、纯净的液体之外，必须存在第三种在纯净的气体、纯净的液体之外，必须存在第三种物质，才能产生气泡。物质，才能产生气泡。v发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制湖北工业大学生物工程学院3 3、起泡速度高于破泡速度、起泡速度高于破泡速度高起泡的液体，产生的泡沫不一定稳定。体系的起高起泡的液体，产生的泡沫不一定稳定。体系的起泡程度是起泡难易和泡沫稳定性两个因素的综合效泡程度是起泡难易和泡沫稳定性两个因素的综合效果。果。泡沫产生速度小于泡沫破灭速

7、度，则泡沫不断减少，泡沫产生速度小于泡沫破灭速度，则泡沫不断减少，最终呈不起泡状态；最终呈不起泡状态；泡沫产生速度等于泡沫破灭速度，则泡沫数量将维泡沫产生速度等于泡沫破灭速度，则泡沫数量将维持在某一平衡状态；持在某一平衡状态；泡沫产生速度高于泡沫破灭速度，泡沫量将不断增泡沫产生速度高于泡沫破灭速度，泡沫量将不断增加。加。v发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制湖北工业大学生物工程学院4 4、发酵过程泡沫产生的原因、发酵过程泡沫产生的原因（1通气搅拌的强烈程度通气搅拌的强烈程度通气大、搅拌强烈可使泡沫增多，因此在发酵通气大、搅拌强烈可使泡沫增多，因此在发酵前期由于培养基营养成分消耗少，

8、培养基成分前期由于培养基营养成分消耗少，培养基成分丰富，易起泡。应先开小通气量，再逐步加大。丰富，易起泡。应先开小通气量，再逐步加大。搅拌转速也如此。也可在基础料中加入消泡剂。搅拌转速也如此。也可在基础料中加入消泡剂。v发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制湖北工业大学生物工程学院（2培养基配比与原料组成培养基配比与原料组成培养基营养丰富，黏度大，产生泡沫多而持久，培养基营养丰富，黏度大，产生泡沫多而持久，前期难开搅拌。前期难开搅拌。例：在例：在50L罐中投料罐中投料10L，成分为淀粉水解糖、，成分为淀粉水解糖、豆饼水解液、玉米浆等，搅拌豆饼水解液、玉米浆等，搅拌900 rpm，通气

9、，通气，泡沫生成量为培养基的泡沫生成量为培养基的2倍。如培养基适当稀一倍。如培养基适当稀一些，接种量大一些，生长速度快些，前期就容易些，接种量大一些，生长速度快些，前期就容易开搅拌。开搅拌。 v发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制湖北工业大学生物工程学院（3菌种、种子质量和接种量菌种、种子质量和接种量菌种质量好，生长速度快，可溶性氮源较快被菌种质量好，生长速度快，可溶性氮源较快被利用，泡沫产生几率也就少。菌种生长慢的可利用，泡沫产生几率也就少。菌种生长慢的可以加大接种量以加大接种量 （4灭菌质量灭菌质量培养基灭菌质量不好，糖氮被破坏，抑制微生培养基灭菌质量不好，糖氮被破坏，抑制微生

10、物生长，使种子菌丝自溶，产生大量泡沫，加物生长，使种子菌丝自溶，产生大量泡沫，加消泡剂也无效。消泡剂也无效。v发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制湖北工业大学生物工程学院（二起泡的危害（二起泡的危害1 1、降低生产能力、降低生产能力在发酵罐中，为了容纳泡沫，防止溢出而降在发酵罐中，为了容纳泡沫，防止溢出而降低装量低装量2 2、引起原料浪费、引起原料浪费如果设备容积不能留有容纳泡沫的余地，气泡如果设备容积不能留有容纳泡沫的余地，气泡会引起原料流失，造成浪费。会引起原料流失，造成浪费。 v发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制湖北工业大学生物工程学院3 3、影响菌的呼吸、影响

11、菌的呼吸 如果气泡稳定，不破碎，那么随着微生物的呼吸，如果气泡稳定，不破碎，那么随着微生物的呼吸，气泡中充满二氧化碳，而且又不能与空气中氧进气泡中充满二氧化碳，而且又不能与空气中氧进行交换，这样就影响了菌的呼吸。行交换，这样就影响了菌的呼吸。 4 4、引起染菌、引起染菌由于泡沫增多而引起逃液，于是在排气管中粘上由于泡沫增多而引起逃液，于是在排气管中粘上培养基，就会长菌。随着时间延长，杂菌会长入培养基，就会长菌。随着时间延长，杂菌会长入发酵罐而造成染菌。大量泡沫由罐顶进一步渗到发酵罐而造成染菌。大量泡沫由罐顶进一步渗到轴封，轴封处的润滑油可起点消泡作用，从轴封轴封，轴封处的润滑油可起点消泡作用，

12、从轴封处落下的泡沫往往引起杂菌污染。处落下的泡沫往往引起杂菌污染。v发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制湖北工业大学生物工程学院（三泡沫的性质（三泡沫的性质泡沫体系有独特的性质，研究泡沫的性质，泡沫体系有独特的性质，研究泡沫的性质，是解决消泡问题的基础。是解决消泡问题的基础。 1 1、气泡间液膜的性质、气泡间液膜的性质泡沫中气泡间的间距很小，仅以一薄层液膜泡沫中气泡间的间距很小，仅以一薄层液膜相隔，研究液膜的性质很有代表意义，又因相隔，研究液膜的性质很有代表意义，又因为，只有含有助泡的表面活性剂，才能形成为，只有含有助泡的表面活性剂，才能形成稳定的泡沫，所以应当首先研究表面活性剂稳

13、定的泡沫，所以应当首先研究表面活性剂与液膜的关系与液膜的关系v发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制湖北工业大学生物工程学院表面活性剂示意图表面活性剂示意图亲水基亲水基 疏水基疏水基如下图，表面活性剂是由疏水基与亲水基构成如下图，表面活性剂是由疏水基与亲水基构成的化合物，在水中，表面活性剂的分子不停地的化合物，在水中，表面活性剂的分子不停地转动在以下两种情况下泡沫才能比较稳定，停转动在以下两种情况下泡沫才能比较稳定，停留时间比较长：留时间比较长：v发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制湖北工业大学生物工程学院第一种情况第一种情况 表面活性剂的亲水基留在水相，疏表面活性剂的亲

14、水基留在水相，疏水基伸到气相中，形成定向吸附层水基伸到气相中，形成定向吸附层第二种情况第二种情况 表面活性剂的疏水基在水相中互相表面活性剂的疏水基在水相中互相靠在一起，减少疏水基与水的接触，构成靠在一起，减少疏水基与水的接触，构成“胶束胶束”。胶束胶束定向吸附层定向吸附层v发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制湖北工业大学生物工程学院在液相中因为水分子之间的吸引力大于水对表面活在液相中因为水分子之间的吸引力大于水对表面活性剂的吸引力，表面活性剂的疏水部分被水分子之性剂的吸引力，表面活性剂的疏水部分被水分子之间的吸引力挤出溶液，到达气液界面。这就是表面间的吸引力挤出溶液，到达气液界面。

15、这就是表面活性剂易于在泡沫上形成定向吸附层的原因。活性剂易于在泡沫上形成定向吸附层的原因。 表面活性剂为什么会定向排列在表面？表面活性剂为什么会定向排列在表面？v发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制湖北工业大学生物工程学院 培养液中的玉米浆、皂苷、糖蜜中所含的蛋白质，培养液中的玉米浆、皂苷、糖蜜中所含的蛋白质，以及微生物菌体等具有稳定泡沫的作用。以及微生物菌体等具有稳定泡沫的作用。 多数起泡剂就是表面活性物质，这些物质具有某些多数起泡剂就是表面活性物质，这些物质具有某些亲水基团和疏水基团。分子带极性的亲水基团和疏水基团。分子带极性的端向着水溶液，端向着水溶液，而非极性一端向着空气，

16、并力图在表面作定向排列，而非极性一端向着空气，并力图在表面作定向排列，增加了泡沫的机械强度。增加了泡沫的机械强度。 起泡剂分子一般是长链形的，烃链越长，链间的分起泡剂分子一般是长链形的，烃链越长，链间的分子引力越大，膜的机械强度就越高。子引力越大，膜的机械强度就越高。 蛋白质分子中除分子引力外，在羧基和氨基之间还蛋白质分子中除分子引力外，在羧基和氨基之间还有吸引力，因而形成的液膜比较牢固，泡沫比较稳定。有吸引力，因而形成的液膜比较牢固，泡沫比较稳定。 此外，培养液的温度、酸碱度、浓度及泡沫的表面积此外，培养液的温度、酸碱度、浓度及泡沫的表面积对泡沫的稳定性也有一定的影响。对泡沫的稳定性也有一定

17、的影响。湖北工业大学生物工程学院气泡气泡培培养养液液主主体体疏疏水水头头部部亲亲水水头头部部湖北工业大学生物工程学院3 3、泡沫体系的三阶段变化、泡沫体系的三阶段变化 即使外观看来平静、比较稳定的泡沫体系，泡沫即使外观看来平静、比较稳定的泡沫体系，泡沫液也在不断地下落、蒸发，不断进行着下述三阶段液也在不断地下落、蒸发，不断进行着下述三阶段的变化的变化(1)气泡大小分布的变化气泡大小分布的变化 气泡大小的再分布，就是由气泡膜内气体的压力变气泡大小的再分布，就是由气泡膜内气体的压力变化引起的。小气泡变小，大气泡变大，小泡完全并化引起的。小气泡变小，大气泡变大，小泡完全并入大泡，结果气泡数目减少。入

18、大泡，结果气泡数目减少。v发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制湖北工业大学生物工程学院（2气泡液膜变薄气泡液膜变薄泡沫生成初期，泡沫液还比较厚，以后因蒸发排泡沫生成初期，泡沫液还比较厚，以后因蒸发排液而变薄，泡沫液会受重力的影响向下排液，泡液而变薄，泡沫液会受重力的影响向下排液，泡沫液随时间延续而变薄。沫液随时间延续而变薄。 v发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制湖北工业大学生物工程学院（3泡沫破灭泡沫破灭泡沫由于排液，泡沫液变薄到一定程度，泡沫即瞬间泡沫由于排液，泡沫液变薄到一定程度，泡沫即瞬间破灭。破灭。 泡沫层内部的小气泡破灭后，虽一时还不能导致气泡沫层内部的小气

19、泡破灭后，虽一时还不能导致气液分离，只是合并成大气泡，但排液过程使泡膜液量液分离，只是合并成大气泡，但排液过程使泡膜液量大幅度减少，使合并成的大气泡快速地破灭，最后泡大幅度减少，使合并成的大气泡快速地破灭，最后泡沫体系崩溃，气液分离。沫体系崩溃，气液分离。v发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制湖北工业大学生物工程学院（四影响泡沫稳定性的因素（四影响泡沫稳定性的因素影响泡沫稳定性的因素十分复杂，概括影响泡沫稳定性的因素十分复杂，概括国内外研究者的说法，主要因素有国内外研究者的说法，主要因素有v发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制湖北工业大学生物工程学院1 1、泡径大小、泡

20、径大小大泡易于破灭，寿命较长的的都是小泡。泡越小，合大泡易于破灭，寿命较长的的都是小泡。泡越小，合并成大气泡的历程就越长，而且小气泡的泡膜中所含并成大气泡的历程就越长，而且小气泡的泡膜中所含液量相对比较大，增加了稳定性。液量相对比较大，增加了稳定性。v发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制湖北工业大学生物工程学院2 2、溶液所含助泡物的类型和浓度、溶液所含助泡物的类型和浓度 （1降低表面张力降低表面张力 降低表面张力会降低相邻气泡间的压差。压差小，小降低表面张力会降低相邻气泡间的压差。压差小，小泡并入大泡的速度就慢，泡沫的稳定性就好。泡并入大泡的速度就慢，泡沫的稳定性就好。 （2增加

21、泡沫弹性增加泡沫弹性 助泡的表面活性剂，吸附在气液界面上，使表面层的助泡的表面活性剂，吸附在气液界面上，使表面层的组分与液相组分产生差别，因而使泡沫液具有可以伸组分与液相组分产生差别，因而使泡沫液具有可以伸缩的称为缩的称为“吉布斯弹性的性质，对于泡沫稳定性来说吉布斯弹性的性质，对于泡沫稳定性来说表面活性剂使液膜具有表面活性剂使液膜具有“吉布斯弹性比降低表面张力吉布斯弹性比降低表面张力更重要。更重要。 kR6P=v发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制湖北工业大学生物工程学院（3助泡剂浓度助泡剂浓度溶液中助泡剂浓度增加，气液界面上的吸附量就溶液中助泡剂浓度增加，气液界面上的吸附量就增加

22、，液膜弹性随之增加，泡沫稳定性增高。增加，液膜弹性随之增加，泡沫稳定性增高。v发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制湖北工业大学生物工程学院3、起泡液的粘度、起泡液的粘度某些溶液，如蛋白质溶液，虽然表面张力不低，某些溶液，如蛋白质溶液，虽然表面张力不低，但因粘度很高，所产生的泡沫非常稳定。因为粘但因粘度很高，所产生的泡沫非常稳定。因为粘稠的液膜，有助于吸收外力的冲击，起到缓冲的稠的液膜，有助于吸收外力的冲击，起到缓冲的作用，使泡沫能持久。液体粘度对泡沫稳定性的作用，使泡沫能持久。液体粘度对泡沫稳定性的影响比表面张力的影响还要大。影响比表面张力的影响还要大。v发酵过程泡沫的形成与控制发

23、酵过程泡沫的形成与控制湖北工业大学生物工程学院（二）、消泡剂消泡（二）、消泡剂消泡1、消泡剂的作用机理、消泡剂的作用机理为了弄清消泡剂如何发挥作用，为了合理、有效地为了弄清消泡剂如何发挥作用，为了合理、有效地使用消泡剂，需要了解消泡剂的作用机制及一般性使用消泡剂，需要了解消泡剂的作用机制及一般性质。质。泡沫本来是极不稳定的，只因助泡剂的稳泡作用才泡沫本来是极不稳定的，只因助泡剂的稳泡作用才难以破灭。难以破灭。v发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制湖北工业大学生物工程学院美国胶体化学家罗斯美国胶体化学家罗斯Ross,S.），四十年代初就开），四十年代初就开始研究泡沫问题，罗斯提出一种

24、假说：在溶液中，始研究泡沫问题，罗斯提出一种假说：在溶液中，溶解状态的溶质是稳泡剂；不溶状态的溶质，当浸溶解状态的溶质是稳泡剂；不溶状态的溶质，当浸入系数与铺展系数均为正值时即是消泡剂。入系数与铺展系数均为正值时即是消泡剂。罗斯认为，消泡剂的分子团，即一小滴，一接触泡罗斯认为，消泡剂的分子团，即一小滴，一接触泡沫，首先便是浸入，之后在泡沫上扩展，局部变薄沫，首先便是浸入，之后在泡沫上扩展，局部变薄而破裂。当浸入系数和铺展系数均为负值时，小滴而破裂。当浸入系数和铺展系数均为负值时，小滴既不浸入也不扩展；当浸入系数大于零，铺展系数既不浸入也不扩展；当浸入系数大于零，铺展系数为负数时小滴成棱镜状，不

25、铺展；只有二者均为正为负数时小滴成棱镜状，不铺展；只有二者均为正值时才可能是消泡剂，这种假说为消泡剂作用机理值时才可能是消泡剂，这种假说为消泡剂作用机理奠定了基础。奠定了基础。v发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制湖北工业大学生物工程学院与稳泡因素有关的几种消泡机理与稳泡因素有关的几种消泡机理a、消泡剂可使泡沫液局部表面张力降低，因而导、消泡剂可使泡沫液局部表面张力降低，因而导致泡沫破灭致泡沫破灭希勒希勒Shearer,L.T和艾克斯和艾克斯(Akers,W.W.)在油体在油体系中研究聚硅氧烷油的消泡过程。他们对泡沫体系以系中研究聚硅氧烷油的消泡过程。他们对泡沫体系以1/1000秒

26、的速度连续拍照，照片放大秒的速度连续拍照，照片放大100倍倍v发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制湖北工业大学生物工程学院由图可以看出，硅油微粒到达泡沫表面使泡沫破灭，由图可以看出，硅油微粒到达泡沫表面使泡沫破灭，气泡合并，气液迅速分离。研究发现：低浓度的，气泡合并，气液迅速分离。研究发现：低浓度的，表面张力比起泡液低的物质，如果与起泡液成为均表面张力比起泡液低的物质，如果与起泡液成为均相，则促进起泡；如果呈饱和状态，而且被均匀分相，则促进起泡；如果呈饱和状态，而且被均匀分散在起泡液中，就可能有消泡作用。附着了消泡剂散在起泡液中，就可能有消泡作用。附着了消泡剂小滴的泡沫能够迅速破灭

27、，与局部降低表面张力有小滴的泡沫能够迅速破灭，与局部降低表面张力有关。关。v发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制湖北工业大学生物工程学院日本高野信之提出类似的观点：在起泡液中分日本高野信之提出类似的观点：在起泡液中分散的消泡剂颗粒，随着泡沫液变薄，露到表面，散的消泡剂颗粒，随着泡沫液变薄，露到表面，因消泡剂表面张力比泡沫液低，该处受到周围因消泡剂表面张力比泡沫液低，该处受到周围的拉伸、牵引。不断变薄，最后破灭。的拉伸、牵引。不断变薄，最后破灭。把高级醇或植物油洒在泡沫上，当其附着到泡沫上，把高级醇或植物油洒在泡沫上，当其附着到泡沫上，即溶入泡沫液，会显著降低该处的表面张力。因为这即

28、溶入泡沫液，会显著降低该处的表面张力。因为这些物质一般对水的溶解度较小，表面张力降低只限于些物质一般对水的溶解度较小，表面张力降低只限于局部，而泡沫周围的表面张力几乎没有发生变化。表局部，而泡沫周围的表面张力几乎没有发生变化。表面张力降低的部分，被强烈地向四周牵引、延展，最面张力降低的部分，被强烈地向四周牵引、延展，最后破裂。后破裂。v发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制湖北工业大学生物工程学院表面活性剂的表面活性剂的HLB值值 高高HLB的表面活性剂，亲水性强，易于使吸附层的表面活性剂，亲水性强，易于使吸附层之间的水随着迁移，是稳泡剂；低之间的水随着迁移，是稳泡剂；低HLB值的表

29、面活性值的表面活性剂，亲水性弱，不易使吸附层之间的水随着迁移，往剂，亲水性弱，不易使吸附层之间的水随着迁移，往往是消泡剂。往是消泡剂。 亲水性弱的低亲水性弱的低HLB值的表面活性剂取代了亲水性值的表面活性剂取代了亲水性强的高强的高HLB值的表面活性剂，能使泡膜吸附层之间的值的表面活性剂，能使泡膜吸附层之间的水不随吸附层迁移，从而促进泡膜排液，起到消泡作水不随吸附层迁移，从而促进泡膜排液，起到消泡作用用v发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制湖北工业大学生物工程学院2 2、破泡剂与抑泡剂的区别、破泡剂与抑泡剂的区别（1消泡剂可分为破泡剂和抑泡剂消泡剂可分为破泡剂和抑泡剂 破泡剂是加到已

30、形成的泡沫中，使泡沫破灭的添加破泡剂是加到已形成的泡沫中，使泡沫破灭的添加剂。如低级醇、天然油脂。一般来说，破泡剂都是其剂。如低级醇、天然油脂。一般来说，破泡剂都是其分子的亲液端与起泡液亲和性较强，在起泡液中分散分子的亲液端与起泡液亲和性较强，在起泡液中分散较快的物质。较快的物质。 抑泡剂是发泡前预先添加而阻止发泡的添加剂。聚抑泡剂是发泡前预先添加而阻止发泡的添加剂。聚醚及有机硅等属于抑泡剂。一般是分子与气泡液亲和醚及有机硅等属于抑泡剂。一般是分子与气泡液亲和性很弱的难溶或不溶的液体性很弱的难溶或不溶的液体 v发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制湖北工业大学生物工程学院3 3、对消

31、泡剂的要求、对消泡剂的要求（1在起泡液中不溶或难溶在起泡液中不溶或难溶只有不溶或难溶才易于达到过饱和状态。不溶或只有不溶或难溶才易于达到过饱和状态。不溶或难溶，才易于聚集在气液界面，才易于浓缩在泡难溶，才易于聚集在气液界面，才易于浓缩在泡膜上，才能在较低浓度下发挥作用。用于水体系膜上，才能在较低浓度下发挥作用。用于水体系的消泡剂，活性成分的分子，须为强疏水弱亲水，的消泡剂，活性成分的分子，须为强疏水弱亲水，HLB值在值在1.53范围，作用才最好。范围，作用才最好。 v发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制湖北工业大学生物工程学院（2表面张力低于起泡液表面张力低于起泡液 只有消泡剂分子

32、间作用力小，表面张力低于只有消泡剂分子间作用力小，表面张力低于起泡液，消泡剂微粒才能够在泡膜上浸入及起泡液，消泡剂微粒才能够在泡膜上浸入及扩展。值得注意的是，起泡液的表面张力并扩展。值得注意的是，起泡液的表面张力并非溶液的表面张力，而是助泡溶液的表面张非溶液的表面张力，而是助泡溶液的表面张力。力。 v发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制湖北工业大学生物工程学院（3与起泡液有一定程度的亲和性与起泡液有一定程度的亲和性 由于消泡过程实际上是泡沫崩溃速度与泡沫生由于消泡过程实际上是泡沫崩溃速度与泡沫生成速度的竞争，所以消泡剂必须能在起泡液中成速度的竞争，所以消泡剂必须能在起泡液中快速分散

33、，以便迅速在起泡液中较广泛的范围快速分散，以便迅速在起泡液中较广泛的范围内发挥作用。要使消泡剂扩散较快，消泡剂活内发挥作用。要使消泡剂扩散较快，消泡剂活性成分须与起泡液具有一定程度的亲和性。消性成分须与起泡液具有一定程度的亲和性。消泡剂活性成分与起泡液过亲，会溶解；过疏又泡剂活性成分与起泡液过亲，会溶解；过疏又难于分散。只有亲疏适宜，效力才会好。难于分散。只有亲疏适宜，效力才会好。v发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制湖北工业大学生物工程学院（4与起泡液不发生化学反应与起泡液不发生化学反应消泡剂与起泡液发生反应，一方面消泡剂会丧消泡剂与起泡液发生反应，一方面消泡剂会丧失作用，另一方

34、面可能产生有害物质，影响微失作用，另一方面可能产生有害物质，影响微生物的生长。生物的生长。 （5挥发性小，作用时间长挥发性小，作用时间长v发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制湖北工业大学生物工程学院（6对微生物生长无副作用对微生物生长无副作用4 4、常用消泡剂的种类和性能、常用消泡剂的种类和性能（1天然油脂天然油脂天然油脂是最早用的消泡剂，它来源容易，价格低，天然油脂是最早用的消泡剂，它来源容易，价格低，使用简单，一般来说没有明显副作用，如豆油、菜使用简单，一般来说没有明显副作用，如豆油、菜油、鱼油等。油脂主要成分是高级脂肪酸酯和高级油、鱼油等。油脂主要成分是高级脂肪酸酯和高级一元

35、醇酯，还有高级醇、高级烃等。但油脂如保藏一元醇酯，还有高级醇、高级烃等。但油脂如保藏不好，易变质，使酸值增高，对发酵有毒性。此外，不好，易变质，使酸值增高，对发酵有毒性。此外，有些油是发酵产物的前体，如豆油是红霉素的前体，有些油是发酵产物的前体，如豆油是红霉素的前体，鱼油是螺旋霉素的前体。近年来出于对环境保护的鱼油是螺旋霉素的前体。近年来出于对环境保护的重视，天然产物消泡剂的地位又有些提高，而且还重视，天然产物消泡剂的地位又有些提高，而且还在研究新的天然消泡剂在研究新的天然消泡剂 v发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制湖北工业大学生物工程学院（2聚醚类消泡剂聚醚类消泡剂我国常用的主

36、要是甘油三羟基聚醚类。六十年代发明此我国常用的主要是甘油三羟基聚醚类。六十年代发明此类消泡剂，美国道康宁化学公司首先投产。类消泡剂，美国道康宁化学公司首先投产。在甘油分子上加成聚合环氧丙烷的产物叫聚氧丙烯甘油在甘油分子上加成聚合环氧丙烷的产物叫聚氧丙烯甘油定名为定名为GP型消泡剂；用于链霉素发酵，代替天然油，加型消泡剂；用于链霉素发酵，代替天然油，加入基础料，效果很好。入基础料，效果很好。在在GP型消泡剂的聚丙二醇链节末端再加成环氧乙烷，成型消泡剂的聚丙二醇链节末端再加成环氧乙烷，成为链端是亲水基的聚氧乙烯氧丙烯甘油，也叫为链端是亲水基的聚氧乙烯氧丙烯甘油，也叫GPE型消型消泡剂泡敌）。按照环

37、氧乙烷加成量为泡剂泡敌）。按照环氧乙烷加成量为10%，20%，50%分别称分别称GPE10,GPE20，GPE50。这类消泡剂称为这类消泡剂称为“泡敌泡敌”。用于四环素发酵效果很好，相。用于四环素发酵效果很好，相当于豆油的当于豆油的1020倍。倍。v发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制湖北工业大学生物工程学院GP型的消泡剂亲水性差，它的抑泡能力比消泡能力型的消泡剂亲水性差，它的抑泡能力比消泡能力优越，适宜在基础培养基中加入，以抑制整个发酵优越，适宜在基础培养基中加入，以抑制整个发酵过程的泡沫产生。过程的泡沫产生。GPE型消泡剂亲水性较好，在发泡介质中易铺展，型消泡剂亲水性较好，在发

38、泡介质中易铺展，消泡能力强，但溶解度也较大，消泡活性维持时间消泡能力强，但溶解度也较大，消泡活性维持时间短，因此用在粘稠发酵液中效果较好。短，因此用在粘稠发酵液中效果较好。GPES型消泡剂型消泡剂 有一种新的聚醚类消泡剂，在有一种新的聚醚类消泡剂，在GPE型消泡剂链端用疏水基硬脂酸酯封头，便形成两端型消泡剂链端用疏水基硬脂酸酯封头，便形成两端是疏水链，当中间隔有亲水链的嵌段共聚物。这种是疏水链，当中间隔有亲水链的嵌段共聚物。这种结构的分子易于平卧状聚集在气液界面，因而表面结构的分子易于平卧状聚集在气液界面，因而表面活性强，消泡效率高。活性强，消泡效率高。v发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的

39、形成与控制湖北工业大学生物工程学院（3高碳醇高碳醇高碳醇是强疏水弱亲水的线型分子，在水体系里是高碳醇是强疏水弱亲水的线型分子，在水体系里是有效的消泡剂。七十年代初前苏联学者在阴离子、有效的消泡剂。七十年代初前苏联学者在阴离子、阳离子、非离子型表面活性剂的水溶液中试验，提阳离子、非离子型表面活性剂的水溶液中试验，提出醇的消泡作用，与其在起泡液中的溶解度及扩散出醇的消泡作用，与其在起泡液中的溶解度及扩散程度有关。程度有关。C7C9的醇是最有效的消泡剂。的醇是最有效的消泡剂。C12C22的高碳醇借助适当的乳化剂配制成粒度为的高碳醇借助适当的乳化剂配制成粒度为49m，含量为，含量为2050%的水乳液，

40、即是水体系的的水乳液，即是水体系的消泡剂。消泡剂。v发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制湖北工业大学生物工程学院（4硅酮类硅酮类最常用的是聚二甲基硅氧烷，也称二甲基硅油。最常用的是聚二甲基硅氧烷，也称二甲基硅油。它表面能低，表面张力也较低，它的主链为硅氧它表面能低，表面张力也较低，它的主链为硅氧键，为非极性分子。与极性溶剂水不亲和，比较键，为非极性分子。与极性溶剂水不亲和，比较稳定且毒性小。稳定且毒性小。纯粹的聚二甲基硅氧烷，不经分散处理难以作为纯粹的聚二甲基硅氧烷，不经分散处理难以作为消泡剂。因此将硅油混入消泡剂。因此将硅油混入SiO2气溶胶，所构成的气溶胶，所构成的复合物，即将疏水处理后的复合物，即将疏水处理后的SiO2气溶胶混入二甲气溶胶混入二甲基硅油中，经一定温度、一定时间处理，就可制基硅油中，经一定温度、一定时间处理，就可制得。得。v发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制湖