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泡沫对发酵的影响与控制摘要：泡沫对发酵过程产生多种不利因素，是影响发酵过程重要主要因素之一，本文主要就泡沫的性质，以及泡沫消除的方式进行论述。
并阐述了消泡技术发展的趋势，以及新型的化学消泡技术。
关键词：发酵、泡沫、消泡剂、活性剂一、泡沫产生的原因泡沫是气体在液体中的粗分散体，产生泡沫的首要条件是气体和液体发生接触。
而且只有气体与液体连续、充分地接触才会产生过量的泡沫。
，按产生原因可以大致分为两类：①外界引入，在通气过程中，伴随机械搅拌、空气被分成细小的气泡，从溶氧的角度讲，气泡越细越好，使空气中的氧和发酵液中的CO2能充分的进行交换，这些气泡升到发酵液面时无法及时消除而形成泡沫。
②由发酵液内部产生微生物在进行发酵活动时，往往产生一些气体，如CO2，这些代谢气体凝结形成气泡，冒出到发酵液面，成为发酵泡沫，菌体代谢越旺盛，这部分泡沫的产生量越多。
培养基配比与原料组成以及性质对泡沫也有很大的影响。
培养基营养丰富，黏度大，产生泡沫就多而持久二、泡沫的性质：泡沫是气体被分散在少量液体中的胶体体系。
泡沫间被一层液膜隔开而彼此不相连通。
发酵过程中所遇到的泡沫，其分散相是无菌空气和代谢气体，连续相是发酵液影响泡沫稳定性的因素1、泡径大小通常情况下大泡易于破灭，寿命较长的都是小泡，另一方面，气泡只有上升到液面才能够在破灭之后减少泡沫体积，所以气泡越小，上升速度越慢。
小气泡上升慢，给表面活性剂的吸附提供充足的时间，增加了稳定性。
、2、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。
（2）增加泡沫弹性泡沫液具有可以伸缩的称为“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“吉布斯弹性”比降低表面张力更重要吉布斯曾对泡沫液弹性做如下定义：E=2AσE——膜弹性A——膜面积σ——表面张力（3）助泡剂浓度3，发酵液的粘度某些溶液，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。
发酵简答题1. 简述菌种保藏的基本原理和方法？2. 酶解法制备淀粉水解糖的优点和缺点有哪些？3. 简述发酵过程的组成部分？4. 简述发酵工业对微生物菌种的要求七、回答题（本大题共2小题，第一小题7分，第二小题6分，共13分）1．分析发酵时泡沫产生的原因、泡沫对发酵的影响，并说明常见除去泡沫的方法。
2．分析发酵工业中杂菌污染的危害、原因和预防措施五、1．菌种保藏的原理是将菌种在低营养水平、缺氧状态，干燥和低温等条件下贮藏，使菌种处于“体眠”状态，抑制其繁殖能力，从而减少其变异。
方法有斜面低温保藏法、蒸馏水保藏法、麸皮保藏法、冷冻干燥法、液氮保藏法等。
2．以酶为催化剂，在常温常压下将淀粉水解为葡萄糖的方法。
优点：反应条件温和；副反应少；可在较高淀粉浓度下水解，对原料要求不高；糖液的质量高、营养物质较丰富。
缺点：水解时间长，酶制备较复杂，设备较多。
3．菌种的培养基原料来源广、廉价；培养条件易控制；发酵周期短；菌株高产；菌种抗性强，如抗病毒（噬菌体）能力强；菌株性状稳定，不易变异退化；菌种安全性高，不产生有害物质。
4．危害有：杂菌产生的一些物质会影响产量或产品质量、消耗大量的营养物质而影响生产菌的正常生长，杂菌产生的一些物质可以抑制生产菌的生长，杂菌会寄生于生产菌体内，杀死生产菌。
评分标准：根据答案要点及书写情况酌情给分。
六、原因：①机械泡沫。
②发酵泡沫。
影响：减少发酵的有效容积、增加了染菌的机会；泡沫严重时，影响通气搅拌的正常进行，影响生产率。
消泡方法：化学消泡和机械消泡。
评分标准：根据答案要点及书写情况酌情给分。
五、论述绘图题1、列举膜分离技术并作相应说明。
2. 绘图并说明氧从气相传递到液相的菌体中需要克服的几种阻力。
第页共9 页3. 噬菌体的特点、感染过程危害程度及治理措施。
39．发醇过程中异常现象（发酵液转稀、发酵液过浓、耗糖缓慢、pH不正常）处理措施？40．Monod(莫诺)方程表明了什么和什么的重要关系？简介Monod(莫诺)方程？41．补料分批发酵技术的特点, 与分批发酵，连续发酵的区别？42 通风发酵设备中的机械搅拌发酵罐必须满足的基本条件？六、论述题：（每小题10分，本大题共20分）43．如何提高高产菌的稳定性？44．发酵过程中溶解氧的控制措施？（从供氧和需氧量方面考虑）39．发酵液pH对发酵的影响包括哪些方面？40．比底物消耗速率方程？41．补料分批发酵的适用范围？42．优良的发酵装置应具有的基本特征包括哪些内容？六、论述题：（每小题10分，本大题共20分）43．试述对微生物反应器设计的基本要求？44．大规模微生物发酵工程生产, 选择菌种应遵循的原则是什么？（微生物发酵工程对微生物菌种的要求主要包括哪些内容）三、简答题（6题，每题4分，共24分）4、简述种子制备过程中种子级数对发酵过程的影响？答：过多会增加发酵操作环节，造成衰退菌体细胞过多，发酵过程控制难度增大。
微生物发酵技术习题（含参考答案）一、单选题（共40题，每题1分，共40分）1、青霉素结晶时，需加入（）A、乙醇B、甲醇C、丙醇D、丁醇正确答案：D2、关于机械消泡，错误的说法是（）A、减少杂菌污染B、对提取无任何副作用C、不能从根本上消除引起泡沫的因素D、消沫效果明显正确答案：D3、（）是发酵工业大规模使用的培养基，它有利于氧和物质的传递。
A、液体B、半固体C、固体正确答案：A4、抗生素的合成是在微生物生长的（）A、稳定期B、对数生长期C、延滞期D、衰亡期正确答案：A5、青霉是哪种类型的微生物（）A、放线菌B、霉菌C、细菌D、酵母菌正确答案：B6、青霉素萃取的常用萃取剂为（）A、乙酸丁酯B、丙酸丙酯C、乙酸乙酯D、乙酸丙酯正确答案：A7、发酵罐内维持（）可以防止外界空气中的杂菌侵入而避免污染，以保证纯种的培养。
A、正压B、负压C、平压D、常压正确答案：A8、连续灭菌与分批灭菌相比，优点不包括（）A、时间短B、灭菌效果好C、设备利用率高D、适合自动控制正确答案：B9、不是生物工程技术用于环境监测和治理的内容是（）A、DNA探针监测引用水中的病毒B、培养分解四种烃类的超级细菌C、制造单细胞蛋白.D、用酶传感器快速测定水中的酚正确答案：C10、链霉素分子结构上没有（）基团A、胍基B、醛基C、羧基D、甲氨基正确答案：C11、在实验室种子培养阶段，对于产孢子能力不强及孢子发芽慢的菌种可采用（）液体培养法制备菌丝体作为种子罐的种子。
A、摇瓶B、任意器皿C、种子罐D、扁瓶正确答案：A12、为使淀粉和纤维素进行代谢而提供能量（）A、它们必须第一步变成脂肪分子B、它们的葡萄糖单位必须被释放C、所有微生物都可以D、遗传密码必须起促进作用正确答案：B13、所有的α-氨基酸（脯氨酸除外）都能与茚三酮发生颜色反应，生成（）化合物A、蓝紫色B、黄色C、棕色D、白色正确答案：A14、草酸能将链霉素发酵液中的（）去除掉A、钙离子B、镁离子C、铵离子D、铁离子正确答案：A15、直接发酵法生产氨基酸的菌株中，抗氨基酸结构类似物突变是为了（）A、改变生物合成方向B、加速微生物的代谢C、解除产物的反馈抑制D、改变代谢支路正确答案：C16、尿素用来制备培养基，这里的尿素是做为（）A、碳源B、诱导剂C、消泡剂D、氮源正确答案：D17、（）空气除菌流程可将空气冷却至露点以上，适宜内陆和北方比较干燥的地区使用A、高效前置空气过滤除菌流程B、将空气冷却至露点以上的空气除菌流程C、利用热空气加热冷空气的空气除菌流程D、两级冷却、分离、加热的空气除菌流程正确答案：B18、由于污染的杂菌好氧性不同，产生溶氧异常的现象也是不同的。
发酵课后题参考答案第一章一.发酵工程技术的发展大致可分为那几个阶段？每个阶段的技术特点是什么？答：发酵工程技术大致可分为六个发展阶段分别为：1.自然发酵阶段，在这一阶段人们对微生物的性质尚未认知，只是利用自然接种方法进行发酵制品的生产。
此阶段的技术特点是多数产品属嫌气发酵，且非纯种培养，凭经验传授技术和产品的质量不稳定的特点。
2.转折阶段，这一阶段又可分为三个阶段。
第一个阶段以纯种培养和无菌操作技术为转折点，这一阶段的技术特点发酵过程避免了杂菌污染，发酵效率逐步提高，生产规模逐渐扩大，产品质量稳定提高。
第二个转折点是深层液体通气搅拌纯种培养的采用，这一阶段的技术特点是深层液体通气搅拌纯种培养技术解决了大量培养基和生产设备的灭菌以及大量无菌扛起的制备问题，，且在提取精制中采用离心萃取机，冷冻干燥器等新型高效化工设备，是生产规模，产品质量和收效稳步提高。
第三个转折点是利用代谢调控进行微生物菌种选育和发酵条件的控制，技术特点是采用遗传育种方法进行微生物人工右边，选育出某种营养缺陷株或者抗代谢类似物菌株，在控制营养条件的情况下发酵生产大量积累所预期的氨基酸。
3.发酵放大技术的进一步发展阶段，技术特点是发酵罐的容积发展到前所未有的规模，发酵时氧耗大，对发酵设备提出了新的要求，并逐步运用计算机以及自动化控制技术进行灭菌和发酵过程的PH，溶解氧等发酵参数的控制，使发酵生产向连续化，自动化前进了一大步。
4.以基因工程为中心的时代。
技术特点是定向的改变生物性状与功能，创造新物种的目的，赋予微生物细胞具有生产较高等生物细胞所产生的和化合物的能里。
扩大了微生物的范围，大大丰富了发酵产业的内容，使发酵工业发生了革命性的变化。
二.简述工业发酵的应用范围？答：发酵工业的应用范围很广，按其产品可以分为四大类：11.微生物菌体。
工业生产的微生物菌体可分为两种，一种是供制面包用的酵母，另一种是作为人类或者动物使用的微生物细胞。
2.酶制剂。
泡沫的危害及解决方法危害：1、生产能力受到大大的限制：如各种生物发酵中各种发酵罐反应釜蒸煮罐等设备，为了防止泡沫的出现，防止漫溢损失，投料系数要大打折扣，有时达不到30%。
2、造成原料和产品的浪费：由于泡沫的原因，能够造成有用或贵重原料因漫溢而损失，由此产生的浪费就不言而喻。
如造纸厂、糖厂饱充工序、纺织厂的织造工序的上油工序，常因泡沫而引起溢出。
3、延长了反应周期：由于化学反应产物中包括有气体、液体，泡沫会造成气体滞留，延长了反应周期，不必要地多消耗了动力。
又如果酒发酵由于泡沫存在使反应过度而变味……。
4、影响产品品质：纺织工业中的染色、印花以及水性涂料工艺过程中，由于气泡的滞留，导致成品布上斑痕、疵点；纸浆浆液的泡沫除了给环境卫生、工人健康造成危害，成品纸也会出现许多孔洞，造成产品质量严重下降。
5、不利于准确计量：工业过程中，由于泡沫的存在，干扰液面计的测量准确，造成测量失误，液体中由于泡沫的存在，使得液体密度发生较大波动，往往还能引起反应釜吸收塔蒸馏塔液位虚高，致使操作失去平衡，甚至发生事故。
6、污染环境、引起事故的原因之一：由于泡沫漫溢，必然会污染生产环境及其周围环境，有的甚至造成重大事故。
如：美国某炼油厂因渣油泡沫漫溢，引起重大火灾，损失惨重，这里不仅是造成浪费，而且使人的生命财产都招致严重损失。
总之，泡沫的存在，影响着国民经济各个部门、方方面面，若不能很好地加以解决，可以毫不夸张的说，“泡沫”将成为我们的拦路虎，成为某些过程的“瓶颈”。
令人欣慰的是，对于泡沫的消除，我们已有良策方法：1、耐碱消泡剂DF-868在高温强碱条件下能迅速消泡，持久抑泡。
稳定性好，用量少，效率高，不漂油；广泛应用于造纸蒸煮黑液处理、纺织印染行业中的强碱型精炼剂、强碱条件下清洗剂和其它高温强碱的水相体系消泡。
2、耐酸消泡剂DF-860由脂肪酸酯和脂肪酰胺等物质组成，广泛应用于湿法磷酸、钛白粉生产、硼酸生产及其他强酸体系。
食品科学技术：发酵工程找答案1、名词解释拟反馈抑制正确答案：根据反馈抑制的原理，用人工合成的产物类似物来反馈抑制代谢通路。
2、问答题简述泡沫给发酵造成的影响正确答案：泡沫给发酵造成的影响包括：1）泡沫过多，升（江南博哥）到罐顶从轴封渗出，易造成染菌；2）使发酵罐装填系数减少，降低了设备利用率；3）影响通风搅拌正常进行，影响氧的传递，妨碍菌的呼吸；4）增加菌群的非均一性，微生物随泡沫漂浮；5）造成产物的损失；6）加入消泡剂给下游提取工序带来困难。
3、名词解释薄层色谱法正确答案：将固定相（如硅胶）薄薄地均匀涂敷在底板（或棒）上，试样点在薄层一端，在展开罐内展开，由于各组分在薄层上的移动距离不同，形成互相分离的斑点，测定各斑点的位置及4、名词解释液体发酵正确答案：液体发酵是相对于固体和半固体发酵而言，是从培养基的状态对发酵的一个分类。
当然，由于培养基状态不同也影响了发酵过程的很多因素，如发酵的条件，发酵设备等。
5、填空题淀粉水解的方法有三种：（）、酸解法、酸酶复合法。
正确答案：酶解法6、判断题能异养菌以有机物作为呼吸底物，以O2作为最终电子受体进行有氧呼吸作用产生能量。
正确答案：对7、问答题提高初级代谢产物和次级代谢产物产量的方法有哪些？正确答案：提高初级代谢产物方法1.使用诱导物2.除去诱导物——选育组成性产生菌3.降低分解代谢产物浓度，减少阻遏的发生4.解除分解代谢阻遏——筛选抗分解代谢阻遏突变株5.解除反馈抑制——筛选抗反馈抑制突变株6.防止回复突变的产生和筛选负变菌株的回复突变株7.改变细胞膜的通透性8.筛选抗生素抗性突变株9.选育条件抗性突变株10.调节生长速率11.加入酶的竞争性抑制剂。
2.提高次级代谢产物的方法：1.补加前体类似物2.加入诱导物3.防止碳分解代谢阻遏或抑制的发生4.防止氮代谢阻遏的发生5.筛选耐前体或前体类似物的突变株6.选育抗抗生素突变株7.筛选营养缺陷型的回复突变株8.抗毒性突变株的选育8、判断题从微生物中发现的抗生素，有约90%是由放线菌产生的正确答案：错9、名词解释fermentation（发酵）正确答案：利用生物细胞（含动植物、微生物），在合适条件下经特定的代谢途径转变成所需产物菌体的过程。
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，由于培养基中有蛋白类表面活性剂存在，在通气条件下，培养液中就形成了泡沫。
泡沫是气体被分解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。
形成的泡沫有两种类型：一种是发酵液液面上的泡沫，气相所占的比例特别大，与液体有较明显的界限，如发酵前期的泡沫；另一种是发酵液中的泡沫，又称流态泡沫(fluidfoam)，分散在发酵液中，比较稳定，与液体之间无明显的界限。
发酵过程产生少量的泡沫是正常的。
泡沫的多少一方面与搅拌、通风有关；另一方面，与培养基性质有关。
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。
发酵过程中，泡沫的形成有一定的规律性。
发酵时起泡的方式被认为有五种：①整个发酵过程中，泡沫保持恒定的水平；②发酵早期，起泡后稳定地下降，以后保持恒定；③发酵前期，泡沫稍微降低后又开始回升；④发酵开始起泡能力低，以后上升；
⑤以上类型的综合方式。
这些方式的出现是与基质的种类、通气搅拌强度和灭菌条件等因素有关，其中基质中的有机氮源(如黄豆饼粉等)是起泡的主要因素。
当发酵感染杂菌和噬菌体时，泡沫异常多。
起泡会带来许多不利因素，如发酵罐的装料系数减少、氧传递系统减小等。
泡沫过多时，影响更为严重，造成大量逃液，发酵液从排气管路或轴封逃出而增加染菌机会等，严重时通气搅拌也无法进行，菌体呼吸受到阻碍，导致代谢异常或菌体自溶。
所以，控制泡沫乃是保证正常发酵的基本条件。
二、泡沫的消除
泡沫的控制，可以采用两种途径：①调整培养基中的成分(如少加或缓加易起泡的原材料)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。
但这些方法的效果有一定的限度；②采用机械消泡或消泡剂消泡这两种方法来消除已形成的泡沫。
还可以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，如用杂交方法选出来不产生泡沫的土霉素生产菌株。
对于已形成的泡沫，工业上可以采用机械消泡和化学消泡剂消泡或两者同时使用。
1．机械消泡
这是一种物理消泡的方法，利用机械强烈振动或压力变化而使泡沫破裂。
有罐内消泡和罐外消泡两种方法。
前者是靠罐内消泡浆转动打碎泡沫；后者是将泡沫引出罐外，通过喷嘴的加速作用或利用离心力来消除泡沫。
该法的优点是：节省原料，减少染菌机会。
但消泡效果不理想，仅可作为消泡的辅助方法。
2．消泡剂消泡
这是利用外界加入消泡剂，使泡沫破裂的方法。
当泡沫的表层存在着由极性的表面活性物质形成双电层时，可以加入另一种具有相反电荷的表面活性剂，以降低泡沫的机械强度或加入某些具有强极性的物质与发泡剂争夺液膜上的空间，降低液膜强度，使泡沫破裂。
当泡沫的液膜具有较大的表面粘度时，可以加入某些分子内聚力较小的物质，以降低液膜的表面粘度，使液膜的液体流失，导致泡沫破裂。
消泡剂的作用，或者是降低泡沫液膜的机械强度，或者是降低液膜的表面黏度，或者兼有两者的作用，达到破裂泡沫的目的。
消泡剂都是表面活性剂，具有较低的表面张力。
如聚氧乙烯氧丙烯甘油(GPE)的表面张力仅为33X10-3N／m，而青霉素发酵液的表面张力为(60～68)X10-3N／m。
作为生物工业理想的消泡剂，应具备下列条件：
①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；
②应该在低浓度时具有消泡活性；
③应该具有持久的消泡或抑泡性能，以防止形成新的泡沫；
④应该对微生物、人类和动物无毒性；
⑤应该对产物的提取不产生任何影响；
⑥不会在使用、运输中引起任何危害；
⑦来源方便，成本低；
⑧应该对氧传递不产生影响；
⑨能耐高温灭菌。
常用的消泡剂主要有天然油脂类、脂肪酸和酯类油酯类、聚醚类及硅酮类4大类。
其中以天然油脂类和聚醚类在生物发酵中最为常用。
天然油脂类中有豆油、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，它们的消泡能力和对产物合成的影响也不相同。
例如：土霉素发酵，豆油、玉米油较好；而亚麻油则会产生不良的作用。
油的质量还会影响消泡效果，碘价(表示油分子结构中含有不饱和键的多少)或酸价高的油脂，消泡能力差并产生不良的影响。
所以，要控制油的质量，并要进行发酵试验检验。
油的新鲜程度也有影响，油越新鲜，所含的天然抗氧化剂越多，形成过氧化物的机会少，酸价也低，消泡能力强，副作用也小。
植物油与铁离子接触能与氧形成过氧化物，对四环素、卡那霉素的合成不利。
故要注意油的贮存保管。
聚醚类消泡剂的品种很多。
它们是氧化丙烯或氧化丙烯和环氧乙烷与甘油聚合而成的聚合物。
氧化丙烯与甘油聚合而成的，叫聚氧丙烯甘油(简称GP型)；氧化丙烯、环氧乙烷与甘油聚合而成的叫做聚氧乙烯氧丙烯甘油(简称GPE型)，又称泡敌。
GP的亲水性差，在发泡介质中的溶解度小，所以，用于是稀薄发酵液中要比用于粘稠发酵液中的效果好。
其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。
如用于链霉素的基础培养基中，抑泡效果明显，可全部代替食用油，也未发现不良影响，消泡效力一般相当于豆油的60～80倍。
GPE的亲水性好，在发泡介质中易铺展，消泡能力强，作用又快，而溶解度相应也大，所以消泡活性维持时间短，因此，用于黏稠发酵液的效果比用于稀薄的好。
GPE用于四环类抗生素发酵中，消泡效果很好，用量为0.03％～0.035％，消泡能力一般相当于豆油的10～20倍。
其他的消泡剂，如：聚乙二醇等高碳醇消泡剂多适用于霉菌发酵，硅酮类较适用于微碱性的细菌发酵。
所以，应结合具体产品发酵，试验上述各种消泡剂的消泡效果，以获得良好的消泡作用。
消泡剂多数是溶解度小、分散性不十分好的高(大)分子化合物，所以在使用时，要考虑如何降低它的黏度和提高它的分散性，来增强它们的消泡效果。
使用的增效方法有：①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；②消泡剂并用增效，取各种消泡剂的优点进行互补，达到增效，如GP和GPE1：1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；③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。
如用吐温—80制成的乳剂，用于庆大霉素发酵，效力提高1～2倍。
在生产过程中，消泡的效果除了与消泡剂种类、性质、分子量大小、消泡剂亲油亲水基因等密切关系外，还和消泡剂使用时加入方法、使用浓度、温度等有很大的关系。
消泡剂的选择和实际使用还有许多问题，应结合生产实际加以注意和解决。
