金霉素泡沫的产生与控制

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1、金霉素发酵过程中的泡沫及其控制技术开发部一.背景在整个金霉素发酵生产过程中,从培养基的灭菌到发酵结束,每一环节或多或少都会产生一些泡沫,这些泡沫会给发酵带来许多不利因素，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。本文从泡沫产生的机理来探究如何消除金霉素发酵过程中的泡沫。二.泡沫产生机理与消除1.泡沫的类型①一类存在于发酵液的液面上，这类泡沫气相所占比例

2、特别大，并且泡沫与它下面的液体之间有能分辫的界线。例如在某些稀薄的前期发酵液或种子培养液中所见到的。②另一种泡沫是出现在粘稠的菌丝发酵液当中,这种泡沫分散很细,而且很均匀，也较稳定。这类泡沫与液体间没有明显的波面界限，发酵液中气体分散相占的比例由下而上地逐渐增加。2.发酵过程泡沫产生的原因①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。搅拌转速也如此。也可在基础料中加入消泡剂。②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，前期难开搅

3、拌。如培养基适当稀一些，接种量大一些，生长速度快些，前期就容易开搅拌。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。3.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。只有含有助泡的表面活性剂，才能形成稳定的泡沫。表面活性剂是由疏水基与亲水基构成的化合物，在水中，表

4、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，停留时间比较长：①表面活性剂的亲水基留在水相，疏水基伸到气相中，形成定向吸附层；②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，形成“胶束”。溶液中当表面活性剂的浓度低于临界胶束浓度时，以第一种情况为主；表面活性剂浓度高于临界胶束浓度时出现第二种情况。在泡沫不断增加时，表面活性剂会从胶束中不断转移到新产生的气液界面上4.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。液体起泡后，表面自由能比无泡状态高得多。因此泡沫是热力

5、学不稳定体系，终归会变成具有较小表面积的无泡状态。5.影响泡沫稳定性的因素泡沫的稳定性受液体、气体许多性质的影响。影响泡沫稳定性的主要因素有①泡径大小对任何泡沫体系稍加观察都会发现：大泡易于破灭，寿命较长的的都是小泡。②溶液所含助泡物的类型助泡的表面活性剂，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缩的性质，这种性质比降低表面张力更重要。单一组分的纯净液体，液体没有弹性，所以纯净液体不会产生稳定的泡沫。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，直至到达助泡物的

6、临界胶束浓度为止。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，增加胶束浓度只会增大、增多胶束。①起泡液的粘度某些溶液，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。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的影响还要大。⑤其它温度表面张力最低值时的浓度随温度变化。在最低表面张力时泡沫排液迅速，否则排液缓慢。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，水解后带电荷，泡沫的定向吸附层为双电层结构。由于离子间静电的排斥，

7、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。6.泡沫控制①机械消泡罐内消泡：耙式消泡器、锯齿消泡器罐外消泡：涡轮消泡器、旋风离心式和叶轮式离心消泡器、碟片式消泡器和刮板式消泡器等。②消泡剂消泡（1）消泡剂的作用机理a、消泡剂可使泡沫液局部表面张力降低，因而导致泡沫破灭b、消泡剂能破坏膜弹性而导致气泡破灭C、消泡剂能促使液膜排液，因而导致气泡破灭（2）消泡剂可分为破泡剂和抑泡剂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。这

8、类消泡剂随着时间的延续，迅速降低效率，并且当温度上升时，因溶解度增加，消泡效率会下降。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