泡沫发酵终点
发酵过程泡沫的形成与控制
发酵过程泡沫地形成与控制西安道尔达化工有限公司发酵过程起泡地利弊：气体分散、增加气液接触面积，但过多地泡沫是有害地一、泡沫形成地基本理论泡沫地定义：一般来说：泡沫是气体在液体中地粗分散体，属于气液非均相体系（一）泡沫形成地原因、气液接触因为泡沫是气体在液体中地粗分散体，产生泡沫地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地泡沫.气液接触大致有以下两类情况：（）气体从外部进入液体，如搅拌液体时混入气体（）气体从液体内部产生.气体从液体内部产生时，形成地泡沫一般气泡较小、较稳定.、含助泡剂在未加助泡剂，但并不纯净地水中产生地泡沫，其寿命在秒之内，只能瞬间存在.摇荡纯溶剂不起泡，如蒸馏水，只有摇荡某种溶液才会起泡.在纯净地气体、纯净地液体之外，必须存在第三种物质，才能产生气泡.对纯净液体来说，这第三种物质是助泡剂.当形成气泡时，液体中出现气液界面，这些助泡剂就会形成定向吸附层.与液体亲和性弱地一端朝着气泡内部，与液体亲和性强地一端伸向液相，这样地定向吸附层起到稳定泡沫地作用.、起泡速度高于破泡速度起泡地难易，取决于液体地成分及所经受地条件；破泡地难易取决于气泡和泡破灭后形成地液滴在表面自由能上地差别；同时还取决于泡沫破裂过程进行得多快这一速度因素.高起泡地液体，产生地泡沫不一定稳定.体系地起泡程度是起泡难易和泡沫稳定性两个因素地综合效果.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；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；泡沫产生速度高于泡沫破灭速度，泡沫量将不断增加.、发酵过程泡沫产生地原因（）通气搅拌地强烈程度通气大、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.（）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，前期难开搅拌.例：在罐中投料，成分为淀粉水解糖、豆饼水解液、玉米浆等，搅拌，通气，泡沫生成量为培养基地倍.如培养基适当稀一些，接种量大一些，生长速度快些，前期就容易开搅拌.（）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.菌种生长慢地可以加大接种量（）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. （二）起泡地危害、降低生产能力在发酵罐中，为了容纳泡沫，防止溢出而降低装量、引起原料浪费如果设备容积不能留有容纳泡沫地余地，气泡会引起原料流失，造成浪费.、影响菌地呼吸如果气泡稳定，不破碎，那么随着微生物地呼吸，气泡中充满二氧化碳，而且又不能与空气中氧进行交换，这样就影响了菌地呼吸.、引起染菌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，轴封处地润滑油可起点消泡作用，从轴封处落下地泡沫往往引起杂菌污染.（三）泡沫地性质泡沫体系有独特地性质，研究泡沫地性质，是解决消泡问题地基础.、气泡间液膜地性质泡沫中气泡间地间距很小，仅以一薄层液膜相隔，研究液膜地性质很有代表意义，又因为，只有含有助泡地表面活性剂，才能形成稳定地泡沫，所以应当首先研究表面活性剂与液膜地关系表面活性剂示意图如图所示，表面活性剂是由疏水基与亲水基构成地化合物，在水中，表面活性剂地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：第一种情况表面活性剂地亲水基留在水相，疏水基伸到气相中，形成定向吸附层第二种情况表面活性剂地疏水基在水相中互相靠在一起，减少疏水基与水地接触，形成“胶束”.溶液中当表面活性剂地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地气液界面上表面活性剂为什么会定向排列在表面？在液相中因为水分子之间地吸引力大于水对表面活性剂地吸引力，表面活性剂地疏水部分被水分子之间地吸引力挤出溶液，到达气液界面.这就是表面活性剂易于在泡沫上形成定向吸附层地原因.、泡沫是热力学不稳定体系热力学第二定律指出：自发过程，总是从自由能较高地状态向自由能较低地状态变化.起泡过程中自由能变化如下：△γ△△——自由能地变化△——表面积地变化γ——比表面能起泡时，液体表面积增加，△为正值，因而△为正值，也就是说，起泡过程不是自发过程.另一方面，泡沫地气液界面非常大，例如：半径厚地一个气泡，内外两面地气液界面达；可是，当其破灭为一个液滴后，表面积只有,相差上百倍.显然，液体起泡后，表面自由能比无泡状态高得多.泡沫破灭、合并地过程中，△是一个绝对值很大地负数，也就是说泡沫破灭、合并地过程，自由能减小地数值很大.因此泡沫地热力学不稳定体系，终归会变成具有较小表面积地无泡状态.、泡沫体系地三阶段变化即使外观看来平静、比较稳定地泡沫体系，泡沫液也在不断地下落、蒸发，不断进行着下述三阶段地变化()气泡大小分布地变化液膜包裹地一个气泡，就像一个吹鼓了地气球.由于气球膜有收缩力，所以气球中压力大于气球外地压力；同样气泡膜有表面张力，气泡中压力大于气泡外地压力.气泡大小地再分布，就是由气泡膜内气体地压力变化引起地.气泡中气体压力地大小，依赖气泡膜地曲率半径由定量观点看，气泡内外压差△由该式可知：压差△与气泡半径成反比.若气泡膜地表面张力均相同，则小气泡中地压力比大气泡中地压力大.因此当相邻气泡大小不同时，气泡会不断地由小气泡高压区，经过吸附、溶解、解析，扩散到大气泡低压区.于是小气泡进一步变小，大气泡进一步变大.即使相邻气泡曲率半径最初差别不大，也会由于△地不同，气体地扩散，泡径差别逐渐增大，直至小泡完全并入大泡.结果气泡数目减少，平均泡径增大，气泡大小分别发生变化（）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，而逐渐形成液相及液面上地泡沫相这样具有界面地两层.底部出现地液体一部分是泡沫破灭形成地，一部分是气泡膜变薄，排出液体形成地.泡沫生成初期，泡沫液还比较厚，以后因蒸发排液而变薄，泡沫液会受重力地影响向下排液，泡沫液随时间延续而变薄.（）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，以至分子地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.泡沫层内部地小气泡破灭后，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，使合并成地大气泡快速地破灭，最后泡沫体系崩溃，气液分离.（四）影响泡沫稳定性地因素引起危害，需要消除地，只是稳定地泡沫.泡沫地稳定性受液体、气体许多性质地影响.不同介质地泡沫，稳定程度相差很多，影响泡沫稳定性地因素十分复杂，概括国内外研究者地说法，主要因素有、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，寿命较长地地都是小泡.泡越小，合并成大气泡地历程就越长，而且小气泡地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地稳定性地损失.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. 气泡越小，上升速度越慢.溶液中溶解状态或胶束状态地表面活性剂，在气泡上升地过程中，吸附到气液界面上，形成定向吸附层.小气泡上升慢，给表面活性剂地吸附提供充足地时间，增加了稳定性.、溶液所含助泡物地类型和浓度（）降低表面张力降低表面张力会降低相邻气泡间地压差.压差小，小泡并入大泡地速度就慢，泡沫地稳定性就好.（）增加泡沫弹性助泡地表面活性剂，吸附在气液界面上，使表面层地组分与液相组分产生差别，因而使泡沫液具有可以伸缩地称为“吉布斯弹性”地性质，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：（）——膜弹性——膜面积σ——表面张力可以看出大，吉布斯弹性大，泡沫抵抗变形地能力就大.大意味着：当面积发生变化时，表面张力地变化较大，即收缩力较大，泡沫“自愈作用”就强，泡沫也就稳定.单一组分地纯净液体，表面张力不随表面积改变而改变，液体没有弹性，所以纯净液体不会产生稳定地泡沫.（）助泡剂浓度溶液中助泡剂浓度增加，气液界面上地吸附量就增加，液膜弹性随之增加，泡沫稳定性增高，直至到达助泡物地临界胶束浓度为止.到达临界胶束浓度后，气液界面上地定向排列“饱和”，弹性不会再增加，增加胶束浓度只会增大、增多胶束.、起泡液地粘度某些溶液，如蛋白质溶液，虽然表面张力不低，但因粘度很高，所产生地泡沫非常稳定.因为粘稠地液膜，有助于吸收外力地冲击，起到缓冲地作用，使泡沫能持久一些.液体粘度对泡沫稳定性地影响比表面张力地影响还要大.、其它*温度表面张力最低值时地浓度随温度变化.在最低表面张力时泡沫排液迅速，否则排液缓慢.* 影响助泡剂地溶解度和表层地吸附状态*表面电荷离子型表面活性剂，水解后带电荷，泡沫地定向吸附层为双电层结构.由于离子间静电地排斥，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.（二）、消泡剂消泡、消泡剂地作用机理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，需要了解消泡剂地作用机制及一般性质. 泡沫本来是极不稳定地，只因助泡剂地稳泡作用才难以破灭.人们研究消泡剂抵消助泡剂地稳泡作用地机理是近几十年地事.下面分别介绍在消泡剂发展历史上有重要地位地罗氏假说以及其它几种消泡剂地作用机理.美国胶体化学家罗斯（.），四十年代初就开始研究泡沫问题，对添加了各种表面活性剂地起泡体系，进行试验和观察，寻找消泡剂在起泡液中溶解性与消泡效力地对应关系.罗斯提出一种假说：在溶液中，溶解状态地溶质是稳泡剂；不溶状态地溶质，当浸入系数与铺展系数均为正值时即是消泡剂.罗斯认为，消泡剂地分子团，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奠定了基础. （）与稳泡因素有关地几种消泡机理、消泡剂可使泡沫液局部表面张力降低，因而导致泡沫破灭希勒（）和艾克斯(.)在油体系中研究聚硅氧烷油地消泡过程.他们对泡沫体系以秒地速度连续拍照，照片放大倍由图可以看出，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：低浓度地，表面张力比起泡液低地物质，如果与起泡液成为均相，则促进起泡；如果呈饱和状态，而且被均匀分散在起泡液中，就可能有消泡作用.附着了消泡剂小滴地泡沫能够迅速破灭，与局部降低表面张力有关.日本高野信之提出类似地观点：在起泡液中分散地消泡剂颗粒，随着泡沫液变薄，露到表面，因消泡剂表面张力比泡沫液低，该处受到周围地拉伸、牵引.不断变薄，最后破灭.日本高野信之提出类似地观点：在起泡液中分散地消泡剂颗粒，随着泡沫液变薄，露到表面，因消泡剂表面张力比泡沫液低，该处受到周围地拉伸、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，即溶入泡沫液，会显著降低该处地表面张力.因为这些物质一般对水地溶解度较小，表面张力降低只限于局部，而泡沫周围地表面张力几乎没有发生变化.表面张力降低地部分，被强烈地向四周牵引、延展，最后破裂.、消泡剂能破坏膜弹性而导致气泡破灭稳泡因素中谈到，因泡膜表面吸附表面活性剂，具有“吉布斯弹性”，当受到外部压力时有自愈作用.消泡剂能破坏泡膜地这种弹性.离子型表面活性剂水溶液产生地泡沫，是因为表面活性剂定向排列形成双电层，借助排斥作用阻碍泡沫合并而使泡沫稳定.这种性质地泡沫，只需向体系中加入一种离子电荷相反地表面活性剂，甚至本身也是助泡剂，就可降低泡沫稳定性.这是因为两种表面活性剂彼此干扰，妨碍在气液界面上定向排列，破坏了膜弹性，因而产生消泡作用.、消泡剂能促使液膜排液，因而导致气泡破灭泡沫液厚泡沫弹性好，自愈效应强；泡膜排液速率反映泡沫地稳定性.起泡体系地粘度越高，排液速度越低，如蛋白质溶液，肽链之间能够形成氢键；有些表面活性剂能与水分子形成氢键，能减少泡沫中地排液，起到稳泡作用.加入不产生氢键地表面活性剂，取代产生氢键地表面活性剂，就可以使排液加快.还有另一方面地因素对排液速率有影响.即表面活性剂吸附层与泡膜上两吸附层当中地泡膜液之间亲和力地强弱.表面活性剂与泡膜液亲和性强，泡膜液随吸附层迁移，泡沫就稳定；亲和力弱，泡膜液不随吸附层迁移，泡沫也就不稳定.表面活性剂地值反映这种亲和性，高地表面活性剂，亲水性强，易于使吸附层之间地水随着迁移，是稳泡剂；低值地表面活性剂，亲水性弱，不易使吸附层之间地水随着迁移，往往是消泡剂.亲水性弱地低值地表面活性剂取代了亲水性强地高值地表面活性剂，能使泡膜吸附层之间地水不随吸附层迁移，从而促进泡膜排液，起到消泡作用、破泡剂与抑泡剂地区别（）消泡剂可分为破泡剂和抑泡剂破泡剂是加到已形成地泡沫中，使泡沫破灭地添加剂.如低级醇、天然油脂.一般来说，破泡剂都是其分子地亲液端与起泡液亲和性较强，在起泡液中分散较快地物质.这类消泡剂随着时间地延续，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地添加剂.聚醚及有机硅等属于抑泡剂.一般是分子与气泡液亲和性很弱地难溶或不溶地液体（）作用机理上地区别破泡剂地破泡机理大致有二种.第一，吸附助泡剂，加入电解质，瓦解双电层，及使助泡物被增溶等机理，这样就破坏助泡物地稳泡作用.在这些过程中消泡剂发挥一次消泡作用就被消耗.同时消耗掉相应地助泡物.第二，低级醇等溶解性较大地消泡剂，加到气泡液中局部降低表面张力，发挥破泡作用，同时本身不断破为碎块，陆续溶解而失去破泡作用.破泡过程中，破泡剂不断失效、消耗，而助泡剂却不受影响抑泡机理：一般认为抑泡剂分子在气液界面上优先被吸附，它比助泡剂地表面活性更强，更易吸附到泡膜上，但是由于本身不赋予泡膜弹性，所以不具备稳泡作用.这样当液体中产生泡沫时，抑泡剂首先占据泡膜，抑制了助泡剂地作用，抑制了气泡.（）破泡剂与抑泡剂地相互关系溶解度大地破泡剂，消泡作用只发挥一次；溶解度小地破泡剂，消泡作用可持续一段时间.如果溶解度进一步降低，即成为抑泡剂.另一方面，破泡剂大量使用，比有抑泡作用，抑泡剂大量使用也比有破泡作用. 、对消泡剂地要求（）在起泡液中不溶或难溶为破灭泡沫，消泡剂应该在泡膜上浓缩、集中.对破泡剂地情况，应在瞬间浓缩、集中，对于抑泡地情况应经常保持在这种状态.所以消泡剂在起泡液中是过饱和状态，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，才易于浓缩在泡膜上，才能在较低浓度下发挥作用.用于水体系地消泡剂，活性成分地分子，须为强疏水弱亲水，值在范围，作用才最好.（）表面张力低于起泡液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扩展.值得注意地是，起泡液地表面张力并非溶液地表面张力，而是助泡溶液地表面张力.（）与起泡液有一定程度地亲和性由于消泡过程实际上是泡沫崩溃速度与泡沫生成速度地竞争，所以消泡剂必须能在起泡液中快速分散，以便迅速在起泡液中较广泛地范围内发挥作用.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地亲和性.消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.（）与起泡液不发生化学反应消泡剂与起泡液发生反应，一方面消泡剂会丧失作用，另一方面可能产生有害物质，影响微生物地生长. （）挥发性小，作用时间长、常用消泡剂地种类和性能（）天然油脂天然油脂是最早用地消泡剂，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、菜油、鱼油等.油脂主要成分是高级脂肪酸酯和高级一元醇酯，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，有些油是发酵产物地前体，如豆油是红霉素地前体，鱼油是螺旋霉素地前体.近年来出于对环境保护地重视，天然产物消泡剂地地位又有些提高，而且还在研究新地天然消泡酒糟榨出液罗伯茨（ .）在英国酿造业研究基金会资助地试验啤酒厂发现：全麦芽浸出浆桶中最后倒出地沉积物能破灭泡沫.于是联想到，是否可以由制作全麦芽浸出浆以后地酒糟压榨出有效地消泡剂？经过试验，由酒糟中压榨出大约液体，在真空蒸馏，浓缩倍，果然得到可用于麦芽汁发酵过程地消泡剂.效果很好，没有副作用.经分析证明，酒糟榨出液中存在地全部脂肪酸，存在极性类脂物，尤其是卵磷脂等物，这些物质地协同作用下地消泡作用比这些物质单独消泡作用强得多.啤酒花油研究年发现向啤酒添加啤酒花油是减轻气泡溢出损失地有效措施.紧分析啤酒花油具含有消泡活性地物质有：石竹烯、荷兰芹萜烯、香叶烯和蒎烯等.（）聚醚类消泡剂聚醚类消泡剂种类很多我国常用地主要是甘油三羟基聚醚.六十年代发明此类消泡剂，美国道康宁化学公司首先投产.它是以甘油为起始剂，由环氧丙烷，或环氧乙烷与环氧丙烷地混合物进行加成聚合而制成地.只在甘油分子上加成聚合环氧丙烷地产物叫聚氧丙烯甘油定名为型消泡剂；用于链霉素发酵，代替天然油，加入基础料，效果很好.在型消泡剂地聚丙二醇链节末端再加成环氧乙烷，成为链端是亲水基地聚氧乙烯氧丙烯甘油，也叫型消泡剂（泡敌）.按照环氧乙烷加成量为，，……分别称为，，…….这类消泡剂称为“泡敌”.用于四环素发酵效果很好，相当于豆油地倍.型地消泡剂亲水性差，在发泡介质中地溶解度小，所以宜使用在稀薄地发酵液中.它地抑泡能力比消泡能力优越，适宜在基础培养基中加入，以抑制整个发酵过程地泡沫产生.型消泡剂亲水性较好，在发泡介质中易铺展，消泡能力强，但溶解度也较大，消泡活性维持时间短，因此用在粘稠发酵液中效果较好.有一种新地聚醚类消泡剂，在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，当中间隔有亲水链地嵌段共聚物.这种结构地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.这类化合物叫型消泡剂.（）高碳醇高碳醇是强疏水弱亲水地线型分子，在水体系里是有效地消泡剂.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地水溶液中试验，提出醇地消泡作用，与其在起泡液中地溶解度及扩散程度有关.地醇是最有效地消泡剂.地高碳醇借助适当地乳化剂配制成粒度为μ，含量为地水乳液，即是水体系地消泡剂.还有些成酯，如苯乙醇油酸酯、苯乙酸月桂醇酯等在青霉素发酵中具有消泡作用，后者还可作为前体. （）硅酮类最常用地是聚二甲基硅氧烷，也称二甲基硅油.它表面能低，表面张力也较低，在水及一般油中地溶解度低且活性高.它地主链为硅氧键，为非极性分子.与极性溶剂水不亲和，与一般油地亲和性也很小.它挥发性低并具有化学惰性，比较稳定且毒性小.纯粹地聚二甲基硅氧烷，不经分散处理难以作为消泡剂.可能是由于它与水有高地界面张力，铺展系数低，不易分散在发泡介质上.因此将硅油混入气溶胶，所构成地复合物，即将疏水处理后地气溶胶混入二甲基硅油中，经一定温度、一定时间处理，就可制得.也有在硅油和气溶胶地复合物中添加一种或两种乳化剂，加热溶匀，与增稠剂水溶液混合后乳化.乳化剂有甘油单硬脂酸酯，聚氧乙烯山梨糖醇单硬脂酸酯（）、聚氧乙烯山梨糖醇单油酸酯（）、山梨糖醇单硬脂酸酯（）、山梨糖醇三硬脂酸酯（）.增稠剂有羧甲基纤维素钠盐.这类消泡剂广泛用于抗生素发酵及食品工业.值得注意地是：消泡剂有选择性.消泡剂用多了有毒性，而且还影响通气和气体分散，因此要少量地加.。
发酵过程控制发酵过程泡沫的形成和控制
发酵过程控制发酵过程泡沫的形成和控制发酵过程中产生泡沫是由于发酵微生物产生的二氧化碳在液体中产生的气泡。
对于一些发酵工艺来说，泡沫的形成是正常的现象，但当泡沫过高时，会导致操作困难、影响发酵效果甚至引发事故。
因此，控制发酵过程中泡沫的形成和控制是非常重要的。
首先，我们来讨论一些常见的发酵过程中形成泡沫的原因。
发酵过程中产生的泡沫主要有以下几个原因：1.发酵微生物产生的二氧化碳气泡：在发酵过程中，微生物会通过代谢作用产生二氧化碳，这些气体会在液体中形成气泡。
2.搅拌：发酵过程中的搅拌会增加气体与液体的接触面积，从而促进气泡的形成。
3.添加剂：有些发酵过程中需要添加剂，如泡沫剂、表面活性剂等，这些添加剂会导致气泡的形成。
针对泡沫过高的情况，我们需要进行泡沫的控制。
以下是一些常见的泡沫控制方法：1.控制发酵微生物的种类和数量：选择合适的发酵微生物，使其不产生过多的二氧化碳气泡。
2.控制发酵温度：温度的控制对于发酵过程很重要，过高或过低的温度都会导致泡沫过高。
因此，要合理控制发酵过程中的温度。
3.控制搅拌的速度和时间：适当控制搅拌的速度和时间，避免过度搅拌，以减少气泡的形成。
4.添加抗泡剂：在发酵过程中添加抗泡剂，可以减少气泡的形成。
抗泡剂可以抑制气泡的集聚和稳定。
5.使用泡沫控制装置：在发酵过程中使用泡沫控制装置，如泡沫传感器和控制器，可以自动检测和控制泡沫的高度。
总之，控制发酵过程中泡沫的形成和控制是一项重要的工作。
通过合理选择发酵微生物、调节温度、控制搅拌速度和时间、添加抗泡剂以及使用泡沫控制装置等手段，可以有效地控制和管理发酵过程中的泡沫，确保发酵过程的顺利进行。
发酵工艺的泡沫控制需要结合具体的实际情况，进行合理的调整和控制，以满足生产过程的要求。
工艺17 第七章 发酵工艺控制(基质浓度 二氧化碳 泡沫).
一、发酵过程中泡沫的产生
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。
时间），则必须缩短发酵周期。即在产率降低时放罐。 ◆ 放罐时间对下游工序有很大的影响。放罐过早，会
残留过多养分，增加提取工段的负担；如放罐过晚， 菌丝自溶，不仅会延长过滤时间，还可能使一些不稳 定的产物浓度下跌，扰乱提取工段。 ◆ 临近放罐时加糖、补料或消沫剂要慎重。
判断放罐的指标主要有： 产物浓度、过滤速度、菌丝形态、氨基氮、pH、
★ 菌体在利用不同基质时，其RQ值也不 同；
★ 在抗生素发酵中在生长、维持和产物 形成阶段的RQ值也不一样。
（4） 二氧化碳浓度的控制
发酵液中CO2浓度受到许多因素的影响，如细胞 的呼吸强度、发酵液的流变学特性、通气搅拌程度、 罐压大小和设备规模等。值得注意的是，罐内的CO2 分压是液体深度的函数。
聚醚类消泡剂：聚氧丙烯甘油(简称GP型)； 聚氧乙烯氧丙烯甘油(简称GPE型)，又称泡
敌
（2）化学消沫
消泡剂多数是溶解度小、分散性不十分好的高 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:
a) 机械分散、或借助分散剂 b) 与载体一起使用 c) 多种消沫剂并用 d) 利用乳化剂增强消沫剂的消沫作用
通过调节通气量和搅拌速率，提高或降低其浓度。
注：泡沫引起“逃液”，加压消泡，二氧化碳溶解度增大，对 菌体不利。
泡沫对发酵的影响及控制
教学目标： • 了解发酵过程泡沫产生的原因？ • 掌握泡沫对发酵生产的影响 • 掌握发酵生产过程泡沫的控制方法 • 掌握发酵生产当中常用的消泡剂
泡沫对发酵的影响及控制
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。
二、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， 前期难开搅拌。
思考题
1、泡沫对发酵生产有哪些影响？ 2、发酵中泡沫形成的原因是什么？ 3、发酵生产用的消泡剂有哪些要求？ 4、常用的消泡剂有哪几类？
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。
消泡剂的种类和性能
天然油脂：常用的有玉米油、米糠油、豆油、棉子油、 鱼油及猪油等。 聚醚类：在生产上应用较多的是聚氧丙烯甘油和聚氧 乙烯氧丙烯甘油(又称泡敌)。 高级醇类：十八醇是较常用的一种，可以单独或与载 体一起使用。据报导，它与冷榨猪油一起控制青霉素发 酵的泡沫，效果较好。聚二醇具有消沫效果持久的特点， 尤其适用于霉菌发酵。 硅酮类：主要是聚二甲基硅氧烷及其衍生物。适用于 微碱的细菌发酵液。
优点：不需要引进外界物质、节省原材料、减少污染机会。
缺点：不能从根本众消除引起稳定泡沫的因素。
2、化学消泡法
机理
发酵工艺知识
二、发酵过程中几个重要参数的 影响及其控制
（一）温度对发酵过程的影响及其控制
1. 影响发酵温度的因索 (1)生物热(Q生物):微生物分解蛋白质、糖、脂
肪等生物氧化过程产生大量的能量，一部分转 变为热能散发出来，称为生物能。不同微生物 产热程度不同，比如辅酶Q10产生的生物热比 霉酚酸的要多。
对后续发酵产物提取工艺的影响。 二是经济效益
2.温度会影响基质和氧在发酵液中的溶氧相和 传递速率、菌体对某些基质的分解吸收速度等 改变发酵液的物理性质, 间接影响菌体的生物 合成
3.发酵温度的控制
按控制方法分为自控和手控。 自控的优点: 操作方便，温度控制平稳，
可以提高抗生素的产量。 手控的优点: 设备故障、温度波动大等特
殊情况下控制效果比
无机氮源（硫酸铵等）
磷酸盐溶液: 不断补入磷酸二氢钾溶液控制磷 酸盐浓度。
（四）、溶解氧对发酵过程的影 响及其控制
1.需氧微生物发酵时, 主要是利用溶解于 水中的氧, 只有当这种氧达到细胞的呼吸 部位才能发生作用。
通入发酵罐的氧不是全部溶解在培养基 中, 所以菌丝只是利用通入氧的极小部分, 但是作用极大。
(2)搅拌热(Q搅拌):机械装置的摩擦、机械装置 和发酵液之间摩擦产生一定量的机械热的释放。
(3)蒸发热(Q蒸发) (4)辐射热(Q辐射)
2. 温度对微生物生长和产物形成 的影响
1.从酶动力学角度来看, 酶促反应导致温度升 高, 反应速率加大, 生长代谢加快, 生产期提前。 但因酶本身很容易因热而失去活性, 温度越高, 酶的失活也越快, 表现在菌体易于哀老, 发酵周 期缩短, 影响产物的最终产量。
制 三、发酵过程中泡沫的消长规律和控制方法 四、发酵终点的判断
发酵终点的判断讲解
发酵过程中突然停电的应急处理 方法
大生产停电出现的问题 1. 全厂停电，空压机停，空气停，发酵罐无法保压；补
料罐无法保压。特别是有些罐开着进气，排气开得很 小，甚至没开，管道压力降低，物料倒流（若进气在 封头，还可能没事）。 2. 只有车间停电，搅拌停，有些品种短时间对发酵影响 很小，不同品种影响不同 3. 对无菌的影响，中小罐严重影响无菌，发酵罐应该有 一定几率不染菌 4. 温度自控停止 5. 补料自控停止
7.9 发酵终点的判断
微生物发酵终点的判断，对提高产物的生产能力和经济 效益是很重要的。
生产能力是指单位时间内单位罐体积的产物积累而言， 其单位为g/L·h。生产不能只单纯追求高生产力，而不 顾及产品的成本，必须把两者结合起来，既要有高产量， 又要是低成本。
无论是初级代谢产物或次级代谢产物发酵，到了末期， 菌体的分泌能力都要下降，使产物的生产能力下降或停 止，有的生产菌在发酵末期，营养耗尽，菌体衰老而进 入自溶，释放出体内的分解酶会破坏已形成的产物。
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发酵过程中突然停电的应急处理 方法
1、首先判断是否同时停空气，如空气正常，只停照明和 车间动力电时，只需关闭相应的电源开关即可！
如果空气没有停，搅拌停了，那么就将通气量加大，降 低1~2度发酵控制温度，使菌体长慢些，保持DO在临界 点以上。
如果空气没有停，搅拌没有停，只是控制系统有问题不 能补料和控温，这时就要通过手动控温，通过旁路来进 行手动补料，且需要有人来进行复核，防止出现误操作。
2、如全厂性停电（同时停空气），处理方法和突然停空 气同样操作。
3、夜间停电要特别注意安全。 4、坚守岗位，做好原始记录！
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发酵过程中突然停电的应急处理 方法
5. 发酵过程控制
五、发酵过程中泡沫的产生 和控制
影响生物热的因素
菌株的性能、接种量、菌丝浓度、 菌株的性能、接种量、菌丝浓度、培养基的成分和 发酵时间都直接影响着生物热的大小。 发酵时间都直接影响着生物热的大小。
最适发酵温度
指最适于产生菌生长或抗生素合成的温 度。 特点： 特点：
最适温度是一个相对的概念； 最适温度是一个相对的概念； 发酵过程中要控制几个不同的最适温度； 发酵过程中要控制几个不同的最适温度； 发酵温度的选择要参考其它发酵条件，如通 发酵温度的选择要参考其它发酵条件， 气条件、培养基的组成和浓度等。 气条件、培养基的组成和浓度等。
三、通气和搅拌
影响发酵过程中需氧的因素： 影响发酵过程中需氧的因素：
① 生产菌种：1）不同菌种；2）同一菌种的不同生 生产菌种： 不同菌种； 长代谢阶段，主要取决于下列两个主要因素： 长代谢阶段，主要取决于下列两个主要因素：单 位体积培养液中的菌液浓度和菌的呼吸强度。 位体积培养液中的菌液浓度和菌的呼吸强度。 呼吸强度：单位重量菌丝体（干重） 呼吸强度：单位重量菌丝体（干重）在单位时间 内的耗氧量。 内的耗氧量。 ② 培养基 ③ 菌丝浓度和形状 种子的质和量： ④ 种子的质和量：接种量和接种龄 ⑤ 泡沫和消泡剂 ⑥ 其它因素
菌丝形态与产量的关系
以产黄青霉生产青霉素为例： 以产黄青霉生产青霉素为例：
I. 分生孢子发芽，具有小空泡； 分生孢子发芽，具有小空泡； II. 菌丝增殖，出现类似脂肪的小颗粒； 菌丝增殖，出现类似脂肪的小颗粒； III. 菌丝分支旺盛，出现脂肪颗粒，没有空泡； 菌丝分支旺盛，出现脂肪颗粒，没有空泡； IV. 菌丝缓慢生长，脂肪颗粒减少，形成中小空泡， 菌丝缓慢生长，脂肪颗粒减少，形成中小空泡， 开始大量分泌青霉素； 开始大量分泌青霉素； V. 菌丝体出现大空泡，含1个中性红染色的大颗粒， 菌丝体出现大空泡， 个中性红染色的大颗粒， 脂肪粒消失，大量分泌青霉素； 脂肪粒消失，大量分泌青霉素； VI. 菌丝呈筒状，颗粒消失，空泡延长，少数菌丝自 菌丝呈筒状，颗粒消失，空泡延长， 青霉素分泌减少。 溶，青霉素分泌减少。
7发酵工艺控制(4)
装不合理，存在死角等是造成染菌的重要原因。
1、发酵罐的渗漏
冷却管的渗漏 发酵罐中最容易渗漏的部件之一 最易穿孔的是冷却列管的弯曲处；冷却水的压力通常 大于罐压，如有微孔，冷却水会进入发酵液引起染菌。 罐体的穿孔 特别是罐底。每年大修时需检查钢板减薄的程度。 有夹套的发酵罐检查罐壁有无渗漏。
2、管件的渗漏
有的放矢。
1、从染菌的规模来分析
（1）、大批发酵罐染菌 发酵罐都出现染菌而且染的是同一种菌，一般是由 空气过滤器失效造成的。对空气系统必须定期检查。 （2）、部分发酵罐(或罐组)染菌
发酵前期可能是种子带菌
中后期可能是中间补料系统或油管路发生问题
（3）、个别发酵罐连续染菌和偶然染菌 大多由设备问题造成.(如阀门的渗漏或罐体腐蚀磨 损，特别是冷却管的穿孔等。) 个别发酵罐的偶然染菌原因比较复杂。
工业发酵研究和开发的主要目标之一：建立一种能达到高 产低成本的可行过程。 达到此目标的重要工艺手段有：菌种的改良、培养基的改 进和补料等生产条件的优化等。 生物过程的控制不仅要从生物学上还要从工 程的观点考虑。由于过程的多样性，生物技 术工厂的控制是一复杂的问题。
常用发酵仪器的最方便的分类为： 就地使用的探头； 其他在线仪器、气体分析；
⑤、消泡剂有时影响发酵或给提炼带来麻烦。
发酵液理化性质对形成的泡沫起决定作用： 发酵液中细胞、蛋白质原料具有稳定泡沫的作用。 多数起泡剂是表面活性物质。蛋白质分子中除分子 引力外，在羧基和氨基之间还有引力，因而形成的液膜 比较牢固，泡沫比较稳定。 发酵液的温度、pH、浓度以及泡沫表面积对泡沫 的稳定性也有一定作用。
空气、蒸汽、水、物料、排气、排污等管及其相应的管 件和阀门。
管道的连接方式、安装方法及选用的阀门形式对防 止污染有很大的关系。 与发酵有关的管路不能同一般化工厂的 化工管路完全一样，而有其特殊要求。
发酵终点的判定
发酵终点的判定：主发酵的时间由果汁的温度、糖度、酵母含量三个因素决定，一般7~10天完成发酵，慢时12~15天，一般在温度回落到发酵前温度，糖度降至1%以下，酒度达到要求酒度（通常为11%以上），或相对密度接近于1.0即可确定为发酵终点。
如无测定手段，则在温度回落，无吱吱声，页面平静，酒帽下落，汁液酒味浓郁，不甜而酸涩时判定为发酵终点。
后发酵的条件要求：原酒中少量的糖分被酵母继续利用发酵的过程。
后发酵时，原酒应该装至桶的95%，密封或不密封均可，若密封则加发酵栓，以便产生的CO2溢出。
温度控制在
20~22℃时间20~30天。
关于茉莉花香味的加入方法，可以先做出茉莉花茶的萃取液，然后加入到猕猴桃果酒中，茉莉花萃取液的制作方法：1.茉莉花茶的选取要选取当年的新茶，无霉变和异味。
2.萃取茶叶与水按照1:50的比例进行萃取，萃取用水采用去离子水，萃取时待水温升至85℃时加入茶叶，然后保持在80℃左右，在保持加热的基础上搅拌萃取12~15分钟。
3.过滤萃取完后立即用300目滤布过滤，过滤后的茶叶废弃不用，滤液立即用自来水冷却，冷却后的茶叶萃取液用量筒定容，如用20茶叶萃取所得茶叶萃取液应定容至1升
4.精滤采用真空抽气过滤滤液澄清透明
5.采用超高温瞬时杀菌，温度137 时间为15s.
茉莉花萃取液和猕猴桃果酒的体积比例最好在1:2。
发酵终点的判断
二、影响放罐时间的因素
1、经济因素 以最低的成本来获得最大生产率的时间为最适
发酵时间。 缩短发酵周期，设备的利用率提高，但单位体
积发酵液的产物产量增长有限 延长时间，平均生产率下降，而动力消耗、管
理费用支出、设备消耗等费时间太短，残留过多尚未代谢的营养物质， 不利于提取、分离。
发酵终点的判断
一、发酵终点的判断原则
根据发酵类型，生产目标，判断发酵终点。
•对发酵及原材料成本占整个生产成本主要部分的 发酵品种，主要追求提高生产率(kg/m3·h)，得率 (kg产物/kg基质)和发酵系数(kg产物/罐容积m3·发 酵周期h)
•下游提取精制成本占主要部分和产品价格比较贵， 除了要求高的产率和发酵系数外，还要求高的产 物浓度。
发酵时间太长，菌体自溶，释放出菌体蛋白或 体内的酶，改变发酵液性质，增加过滤难度，延长过 滤时间，破坏一些不稳定产物。
太长或太短均会使产物质量下降，含量增加。
3、特殊因素 异常情况：染菌、代谢异常(糖耗缓慢等)。 为避免损失，可提前或拖后放罐时间来挽救。
生产能力（或称生产率、产率）： 是指单位时间内单位罐体积发酵液的产物积
累量而言。
生产率单位：一般为g／(L·h)或kg／(m3·h)，产 物浓度单位为g／L或kg／m3，发酵时间单位为h。
二、影响放罐时间的因素
合理的放罐时间是由实验来确定的，即根据 不同的发酵时间所得的产物产量计算出发酵罐的 生产率和产品成本，采用生产率高而成本又低的 时间，作为放罐时间。
发酵终点 渗透压 菌体破裂 自溶
主题：微生物发酵过程中的重要概念概述：微生物发酵是一种重要的生物化学过程，通过这种过程可以生产出许多有用的产物，包括酒精、酸奶、酱油等。
在微生物发酵过程中，涉及到一些重要的概念，比如发酵终点、渗透压、菌体破裂和自溶等。
本文将对这些概念进行详细解释，希望能对读者有所帮助。
一、发酵终点1.1 发酵的定义发酵是一种生物化学过程，微生物在无氧或微氧的条件下利用有机物质进行代谢，产生能量和代谢产物的过程。
1.2 发酵过程中的发酵终点发酵终点是指在发酵过程中微生物停止生长和产物生成的临界点，一般来说，当底物（有机物质）被耗尽或产物浓度达到一定程度时，微生物的代谢活动就会停止。
1.3 发酵终点的意义了解发酵终点对于生产过程的控制非常重要，可以帮助我们确定最佳的生产时间和条件，从而提高产品的产量和质量。
二、渗透压2.1 渗透压的定义渗透压是指溶液中溶质的浓度差所造成的压力，是一种维持细胞稳定的重要因素。
在微生物发酵过程中，渗透压的变化会影响到微生物的代谢活动和细胞的生存状态。
2.2 渗透压与发酵在发酵过程中，微生物需要不断吸收底物和排泄产物，这会导致细胞内外的渗透压不断变化。
适当的渗透压可以促进微生物的代谢活动，但是过高或过低的渗透压都会对微生物的生长和产物生成造成不利影响。
2.3 渗透压的调控在工业发酵过程中，我们可以通过调控发酵液的成分和温度，以及采用适当的控制策略来维持适宜的渗透压，从而促进微生物的生长和产物的生成。
三、菌体破裂和自溶3.1 菌体破裂的原因在微生物发酵过程中，菌体破裂是指微生物细胞膜或细胞壁的破裂现象。
菌体破裂通常是由于外部环境的压力变化、温度变化或化学因素的作用所引起的。
3.2 菌体破裂的影响菌体破裂会导致细胞内部的物质外溢，造成能量和物质的损失，同时也会影响产物的纯度和质量。
3.3 自溶现象自溶是指微生物在特定的条件下，自身产生产物的降解酶或蛋白酶，从而导致细胞内部物质的分解和溶解。
自溶现象会直接影响微生物的生存和产物的生成。
怎么制作奶油泡沫发酵的原理
怎么制作奶油泡沫发酵的原理
奶油泡沫的发酵原理是通过向奶油中加入发酵剂（如酵母）或酸性物质（如柠檬汁），刺激奶油中的微生物进行发酵。
发酵过程中，微生物会消耗奶油中的糖分并产生二氧化碳气体，从而形成泡沫。
具体步骤如下：
1. 准备奶油：选择低脂奶油或重奶油，将奶油加热至约30-35摄氏度。
2. 加入发酵剂：将酵母或酸性物质（如柠檬汁）加入奶油中，搅拌均匀。
酵母将会利用奶油中的糖分进行发酵。
3. 发酵：将混合物放置在温暖的环境中，让微生物进行发酵。
温度一般控制在25-30摄氏度。
4. 观察发酵：发酵过程中，奶油中的糖分会被消耗掉，产生二氧化碳气体，使奶油产生泡沫。
5. 使用奶油泡沫：待奶油发酵完毕后，可以用来装饰蛋糕、咖啡或其他甜点，增加口感和美观。
需要注意的是，在制作奶油泡沫时要注意卫生，避免杂菌污染。
此外，控制好发酵的时间和温度，以免过度发酵或未发酵。
发酵技术中的泡沫的控制
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：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(fluid foam)，分散在发酵液中，比较稳定，与液体之间无明显的界限。
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。
→采用较小通气量及搅拌转速，再逐步加大。
→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900 rpm，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。
泡沫的形成一般有以下几种规律：整个发酵过程中，泡沫保持恒定的水平；发酵早期，起泡后稳定地下降，以后保持恒定；发酵前期，泡沫稍微降低后又开始回升；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。
发酵终点的判断
发酵终点的判断发酵是一种利用微生物代谢产生的酶来转化有机物质的过程。
在食品加工和酿造过程中，发酵是一个非常重要的步骤。
而发酵终点的判断则是决定了发酵过程何时结束的关键因素之一。
发酵过程中，微生物会通过代谢产生酒精、乳酸、二氧化碳等物质，同时还会消耗掉发酵基质中的营养物质。
当发酵基质中的营养物质被完全消耗殆尽时，发酵就会停止，此时就达到了发酵的终点。
发酵终点的判断可以通过多种方式进行，下面将介绍一些常用的方法：1. pH值的变化：发酵过程中，微生物会产生酸或碱性物质，从而改变发酵基质的pH 值。
当pH值开始变化，并且达到一定的范围时，就可以判断发酵过程即将结束。
2. 酒精含量的变化：在酿酒过程中，酵母菌会将糖分解为酒精和二氧化碳。
当发酵基质中的糖被完全分解为酒精时，可以通过测量酒精含量的变化来判断发酵是否已经结束。
3. 二氧化碳的释放：发酵过程中，微生物会产生大量的二氧化碳。
当发酵基质中的糖被完全分解时，二氧化碳的产生会停止或减少到非常低的水平。
通过测量二氧化碳的释放量，可以判断发酵是否已经接近终点。
4. 味道和气味的变化：在食品加工过程中，发酵的终点通常可以通过观察和嗅闻食品的味道和气味来判断。
当食品味道酸甜适中，同时具有特殊的酵母香味时，可以认为发酵已经达到终点。
5. 温度的变化：在发酵过程中，微生物会产生大量的热能。
当发酵基质中的营养物质被完全消耗时，发酵过程会停止，温度也会逐渐降低。
因此，通过测量温度的变化，可以判断发酵是否已经结束。
发酵终点的判断是通过观察和测量发酵过程中一系列的指标来进行的。
通过这些指标的变化，我们可以准确地判断发酵是否已经达到终点。
在食品加工和酿造过程中，正确判断发酵终点的时间非常重要，它直接影响到产品的质量和口感。
因此，科学准确地判断发酵终点是食品加工和酿造过程中必不可少的一步。
泡沫对发酵影响及控制
泡沫对发酵影响及控制
发酵过程泡沫的变化
泡沫对发酵影响及控制
三、影响泡沫稳定的因素
❖通气与搅拌的强度 ❖培养基的配比及原材料组成 ❖培养基的破坏程度 ❖接种量的大小 ❖培养液本身性质的变化 ❖培养基灭菌的方法和操作 ❖染菌
泡沫对发酵影响及控制
不同搅拌速度和通气量对泡沫影响
泡沫对发酵影响及控制
不同浓度蛋白质原科的起泡作用
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的种类、性质、 分子量大小、消泡剂亲油亲水基团等密切相关外，还与消 泡剂使用时加入方法、使用浓度、温度等有很大关系，应 结合生产实际加以注意和解决。
泡沫对发酵影响及控制
泡沫对发酵影响及控制
1. 机械消泡
物理消泡方法，利用机械强烈振动或压力变化而使泡沫破裂。 罐内消泡——靠罐内消泡桨转动打碎泡沫。 罐外消泡——将泡沫引出罐外，通过喷嘴的加速作用或离心力来消除泡沫
优点：节省原料，减少染菌机会。 缺点：消泡效果不理想，仅可作为消泡的辅助方法。
泡沫对发酵影响及控制
泡沫对发酵影响及控制
泡沫对发酵的影响及控制
泡沫对发酵影响及控制
泡沫
• 由于培养基中有蛋白类表面活性剂存在， 在通气条件下，培养液中就出现了泡沫。
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发酵过程泡沫的形成与控制 （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 泡沫体系崩溃，气液分离。
2、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 会引起原料流失，造成浪费。
发酵过程泡沫的形成与控制 3、影响菌的呼吸
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 中氧进行交换，这样就影响了菌的呼吸。
4、引起染菌
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 轴封处落下的泡沫往往引起杂菌污染。
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。
发酵过程泡沫的形成与控制 4、其它
（1）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。 σ
发酵过程泡沫的形成与控制 2、含助泡剂
在未加助泡剂，但并不纯净的水中产生的泡沫，其寿命 在0.5秒之内，只能瞬间存在。摇荡纯溶剂不起泡，如 蒸馏水，只有摇荡某种溶液才会起泡。 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。对纯净液体来说，这第三种物质是助泡 剂。当形成气泡时，液体中出现气液界面，这些助泡剂 就会形成定向吸附层。与液体亲和性弱的一端朝着气泡 内部，与液体亲和性强的一端伸向液相，这样的定向吸 附层起到稳定泡沫的作用。
75oC
20oC
表面活性剂浓度
发酵过程泡沫的形成与控制
（2）pH 影响助泡剂的溶解度和表层的吸附状态 （3）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，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。
－ － － － － －
发酵过程泡沫的形成与控制 （一）泡沫形成的原因 1、气液接触
因为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。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体
（2）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。
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。
发酵过程泡沫的形成与控制 （二）起泡的危害 1、降低生产能力
在发酵罐中，为了容纳泡沫，防止溢出而 降低装量
第四章 发酵工艺控制
第七节 发酵过程泡沫的形成与控制
发酵过程泡沫的形成与控制 第七节 发酵过程泡沫的形成与控制
发酵过程起泡的利弊：气体分散、增加气液 接触面积，但过多的泡沫是有害的。
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 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 气体，而不接近液体的“气/液”分散体。
发酵过程泡沫的形成与控制 （三）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。
1、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 成稳定的泡沫，所以应当首先研究表面活性 剂与液膜的关系。
发酵过程泡沫的形成与控制 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。 6 k △P= R （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。
发酵过程泡沫的形成与控制 （四）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， 主要因素有
发酵过程泡沫的形成与控制 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。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。 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。 气泡越小，上升速度越慢。溶液中溶解 状态或胶束状态的表面活性剂，在气泡上升的过程中，吸 附到气液界面上，形成定向吸附层。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。
发酵过程泡沫的形成与控制
由定量观点看，气泡内外压差
△P=
整个气泡的表面张力 * 校正系数K 气泡的体积
如果起泡膜很薄，内外表面积近似相等，则 6 4R 2 * 2k k △P= 4 / 3R3 = R
发酵过程泡沫的形成与控制
由该式可知：压差△P与气泡半径成反比。若气泡膜 的表面张力均相同，则小气泡中的压力比大气泡中 的压力大。因此当相邻气泡大小不同时，气泡会不 断地由小气泡高压区，经过吸附、溶解、解析，扩 散到大气泡低压区。于是小气泡进一步变小，大气 泡进一步变大。即使相邻气泡曲率半径最初差别不 大，也会由于△P的不同，气体的扩散，泡径差别逐 渐增大，直至小泡完全并入大泡。结果气泡数目减 少，平均泡径增大，气泡大小分别发生变化。
－ －
发酵过程泡沫的形成与控制 二、泡沫的控制 （一）化学消泡剂消泡 1、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、有效地使 用消泡剂，需要了解消泡剂的作用机制及一般性质。 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。人们研究消泡剂抵消助泡剂的稳泡作用的机理是 近几十年的事。下面分别介绍在消泡剂发展历史上有重要 地位的罗氏假说以及其它几种消泡剂的作用机理。
发酵过程泡沫的形成与控制 （1）罗氏假说
1941年哈金斯（Harkinss W.D）曾提出 铺展系数S的概念， 即：S=σF－σFA－σA σF——起泡介质的表面张力 σFA——消泡剂与起泡介质的界面张力 σA——消泡剂的表面张力 以铺展系数S值的正负判断消泡剂是否能 够在泡剂浓度
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。
发酵过程泡沫的形成与控制 3、起泡液的粘度
发酵过程泡沫的形成与控制
吉布斯曾对泡沫液弹性做如下定义： d E 2A( ) dA E——膜弹性 A——膜面积 σ——表面张力
吉布斯弹性大，泡沫抵抗变形的能力就大。意味着：当面积发生变 化时，表面张力的变化较大，即收缩力较大，泡沫“自愈作用”就 强，泡沫也就稳定。单一组分的纯净液体，表面张力不随表面积改 变而改变，液体没有弹性，所以纯净液体不会产生稳定的泡沫。
发酵过程泡沫的形成与控制 （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。
培养基营养丰富，黏度大，产生泡沫多而持 久，前期难开搅拌。
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 开搅拌。
发酵过程泡沫的形成与控制 （3）菌种、种子质量和接种量
定向吸附层
胶束
发酵过程泡沫的形成与控制
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
发酵过程泡沫的形成与控制
表面活性剂为什么会定向排列在表面？
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 间的吸引力挤出溶液，到达气液界面。这就是表面 活性剂易于在泡沫上形成定向吸附层的原因。
发酵过程泡沫的形成与控制 3、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，泡沫液也在 不断地下落、蒸发，不断进行着下述三阶段的变化 （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。
发酵过程泡沫的形成与控制 3、起泡速度高于破泡速度
起泡的难易，取决于液体的成分及所经受的条件；破泡的 难易取决于气泡和泡破灭后形成的液滴在表面自由能上的差别； 同时还取决于泡沫破裂过程进行得多快这一速度因素。 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果。 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；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；泡沫产生速度高于泡沫破灭速度，泡沫 量将不断增加。