第六章 泡沫对发酵的影响7
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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。
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。