发酵技术中的泡沫的控制

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1、发酵技术中的泡沫的控制1泡沫的产生、性质及变化形成条件：气-液两相共存；表面张力大的物质存在；发酵过程中泡沫有两种类型：v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；v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。v实质：气溶胶构成的胶体系统，其分散相是空气和代谢气，连续相是发酵液，泡沫间隔着一层液膜而被彼此分开不相连通。泡沫是热力学不稳定体系热力学第二定律指出：自发过程，总是从自由能较高的状态向自由能较低的状态变化。起泡过程

2、中自由能变化如下：△G=γ△A△G——自由能的变化△A——表面积的变化γ——比表面能起泡时，液体表面积增加，△A为正值，因而△G为正值，也就是说，起泡过程不是自发过程。另一方面，泡沫的气液界面非常大。例如：半径1cm厚0.001cm的一个气泡，内外两面的气液界面达25cm2；可是，当其破灭为一个液滴后，表面积只有0.2cm2,相差上百倍。泡沫破灭、合并的过程中，自由能减小的数值很大。因此泡沫的热力学不稳定体系，终归会变成具有较小表面积的无泡状态。发酵过程泡沫产生的原因（1）通气搅拌的强烈程度发酵前期培养基成分丰富，易起泡。à采用较小

3、通气量及搅拌转速，再逐步加大。à也可在基础料中加入消泡剂。（2）培养基配比与原料组成前期培养基营养丰富粘度大，产泡沫多而持久。例：在50L罐中投料10L，成分为淀粉水解糖、豆饼水解液、玉米浆等，搅拌900rpm，通气，泡沫生成量为培养基的2倍。如培养基适当稀一些，接种量大一些，生长速度快些，前期就容易搅拌开。（3）菌种、种子质量和接种量菌种质量好，生长速度快，可溶性氮源较快被利用，泡沫产生几率也就少。菌种生长慢的可以加大接种量（4）灭菌质量培养基灭菌质量不好，糖氮被破坏，抑制微生物生长，使种子菌丝自溶，产生大量泡沫，加消泡剂也无效。

4、泡沫的形成一般有以下几种规律：v整个发酵过程中，泡沫保持恒定的水平；v发酵早期，起泡后稳定地下降，以后保持恒定；v发酵前期，泡沫稍微降低后又开始回升；v发酵开始起泡能力低，以后上升；泡沫体系的三阶段变化(1)气泡大小分布的变化液膜包裹的一个气泡，就像一个吹鼓了的气球。由于气球膜有收缩力，所以气球中压力大于气球外的压力；同样气泡膜有表面张力，气泡中压力大于气泡外的压力。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。气泡中气体压力的大小，依赖气泡膜的曲率半径（2）气泡液膜变薄取一杯泡沫，放置一段时间，就会在杯底部出现一些液体，而

5、逐渐形成液相及液面上的泡沫相这样具有界面的两层。底部出现的液体一部分是泡沫破灭形成的，一部分是气泡膜变薄，排出液体形成的。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，泡沫液随时间延续而变薄。（3）泡沫破灭泡沫由于排液，液量过少，表面张力降低，液膜会急剧变薄，最后液膜会变得十分脆弱，以至分子的热运动都可以引起气泡破裂。因此只要泡沫液变薄到一定程度，泡沫即瞬间破灭。泡沫层内部的小气泡破灭后，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大幅度减少，使合并成的大气泡快速地破灭，最后泡

6、沫体系崩溃，气液分离。影响泡沫稳定性的因素引起危害，需要消除的，只是稳定的泡沫。泡沫的稳定性受液体、气体许多性质的影响。不同介质的泡沫，稳定程度相差很多，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，主要因素一下几种1）泡径大小大泡易于破灭，寿命较长的的都是小泡。因为：ü泡越小，合并成大气泡的历程就越长；ü小气泡的泡膜中所含液量相对比较大，所以较能经受液体流失所造成的稳定性的损失；ü气泡越小，上升速度越慢，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

7、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，因而使泡沫液具有弹性。（3）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增加，液膜弹性随之增加，泡沫稳定性增高。到达临界胶束浓度后，气液界面上的定向排列“饱和”，弹性不会再增加。3）起泡液的粘度某些溶液，如蛋白质溶液，虽然表面张力不高，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，起到缓冲的作用，使泡沫能持久一些。液体粘度对泡沫稳定性的影响比表面张力

8、的影响还要大。4）其它*温度表面张力最低值时的浓度随温度变化。*pH影响助泡剂的溶解度和表层的吸附状态*表面电荷离子型表面活性剂，由于离子间静电的排斥，阻碍着离子彼此接近，减少排液速度，延缓泡沫变薄过程，使泡沫稳定。2泡沫对发酵的影响