第三节__泡沫的消除

第四节 发酵过程中主要变化 及中间代谢控制
Biblioteka Baidu 一.代谢优化控制
• 三种智能控制技术 专家控制 模糊控制 人工神经网络控制
二.发酵过程的四个阶段
• • • • 适应期 对数生长期 转化期 产酸期
适应期
• 在发酵初期，菌体处于适应期，细胞进行 呼吸作用，利用贮存物质合成大分子物质 和所需能量，菌体个体长大，但没分裂。 • 此时糖等基质基本不消耗或很少消耗，pH 稍微上升是由于初尿分解放出氨所致。 • 适应期一般为3h左右。
四、泡沫的消除

1. 2. 3.
消泡的方法 物理方法消泡 机械消泡 化学消泡剂消泡
1、物理方法消泡

定义：是利用改变温度等方法，使泡沫黏度或弹 性降低，从而使泡沫破裂；
2、机械消泡

定义：是借助机械力将泡沫打破，或借助压力变 化使泡沫破裂； 消泡器：耙式、离心式、刮板式、碟片式等； 优点：无需在发酵液中加入其他物质，节省原料， 减少加入消泡剂所引起的污染机会； 缺点：不能从根本上消除引起泡沫稳定的因素， 消泡效果不如化学消泡剂迅速可靠，需要一定的 设备和消耗动力。
对数生长期
• 此时期，菌体开始繁殖，代谢逐渐旺盛， 菌体大量繁殖，耗糖速度逐渐加快，糖作 为碳源和能源用于合成细胞成分和合成反 应所需要的能量。 • 耗氧量很快增加，培养液中溶解氧下降， 应根据情况提高风量，特别是对数生长期 末期应注意风量。 • 此阶段一般为发酵3-8h或4-10h。
转化期
• 在生物素限量的情况下，部分菌体体内生 物素含量由丰富转向贫乏，此部分菌体就 停止繁殖，在适宜条件下，形成生产型细 胞，开始积累谷氨酸。 • 这是代谢最旺盛阶段，耗糖加快，谷氨酸 生产迅速增加，耗氧速率加快，并接近最 大值，放热也最大值，且泡沫显著增加。 • 此阶段必须充分供氧，风量达最大值，充 分供给氮源，并注意降温冷却。
二、泡沫的形成和性质
泡沫 是气体分散在少量液体中的胶体体系，是由许多气泡 堆积在一起而形成的。 泡沫形成的必要条件 ①气、液两相共存； ②有能降低液体表面张力的物质存在。 发酵液中的泡沫： 分散相：无菌空气、 CO2 连续相：发酵液

按发酵液性质的不同，一般有两种泡沫：

1. 2. 3. 4.
产酸期
• 菌体完成有增殖型向生产型转化后，大量 积累谷氨酸，耗糖与产酸相适应，产酸达 最大值。 • 此时，应继续流加液氮，保证有充足的氮 源。 • 为加快产酸速率，可适当提高温度。一般 为36-37℃。
• 在正常的发酵情况下，这一时期的中发酵 已成定局，容易控制。 • 在后发酵期，耗氧量减少，可适当降低风 量，流加液氮以少量为好，控制pH为6.87.0。

对于纯液体来说，水的 表面张力在常见液体中 是最大的。20度下，水 的表面张力为 72.75mN/m，而烷烃的 表面张力较小，如正辛 烷在20度下表面张力为 21.80mN/m. 表面活性是两亲分子， 亲水基是极性基团，亲 油基就是碳氢链。表面 活性剂溶于水后，由于 亲油部分希望脱离水， 故在表面富集（称为表 面吸附），亲水基插在 水中，亲油基竖在水面 。等于将水的表面变成 了亲油基紧密排列的表 面，这种表面相当于烷 烃的表面，表面张力降 低。
三、发酵过程泡沫形成的规律

1.
2.
3.
4.
泡沫的多少，一方面与搅拌、通气有关，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 主要发泡剂； 浓度较高的糖类能增加培养基的黏度，使泡沫稳定，糊 精含量多能引起泡沫的形成； 培养基灭菌方法和操作条件会影响培养基成分的变化而 影响泡沫的生成； 细菌本身也有稳定泡沫的作用。
泡沫的稳定性，主要与液体的性质，如表面张力、 表面黏度和泡沫机械强度等有关。 凡是能降低液体表面张力的物质叫做表面活性物 质。液体表面张力降低就增加了泡沫的稳定性， 表面活性剂在气泡周围形成坚固的保护膜，增强 了泡沫的机械强度。 泡沫的稳定性很大程度上还取决于液体的黏度。 此外，泡沫的表面积、温度、pH、溶液浓度等对 泡沫的稳定性均有影响。
3、化学消泡剂消泡



定义：是在发酵液中加入一种消泡剂以消除起泡 因素； 优点：消泡效果好，作用快，尤其是合成消泡剂 效率高，用量少； 缺点：需要消泡剂，如果选择不当会影响菌体生 长或代谢产物的生成；操作上增加染菌机会；若 添加过量会影响氧的传递，从而影响菌体代谢； 如用植物油由于生物素含量多，用量多会影响谷 氨酸的生成。 消泡机理
三.发酵异常
• 如果菌体质量不好，菌体生长失调，或者 环境改变，不利于正常发酵，就得不到正 常发酵的规律性，将引起发酵异常现象。
消泡剂选用原则（7个方面）
①必须是表面活性剂，具有较低的表面张力，增加 泡沫的稳定性。 ②有一定的亲水性。 ③水中溶解度小。 ④无毒，对菌体生长代谢无影响，不影响产物 提 取和质量。 ⑤不干扰溶氧。 ⑥良好的热稳定性 ⑦来源方便、价格便宜。



发酵工业常用的消泡剂主要类型： ①天然油脂类；②高碳醇、脂肪酸和脂类； ③醚类；④硅酮类。 目前，味精厂普遍采用BAPE（聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚） 或PPE（聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚）作为消泡剂； BAPE、PPE属非离子型表面活性剂，消泡能力强、用量 少、毒性低、使用方便。 消泡剂的使用方法： ①一次加入法；②中间流加法；③两种方法结合使用
表面泡沫
所占比例大； 密集； 含有许多被液膜隔开的单个气泡，其形状是多面体的； 泡沫与它下面的液体之间有能分辨的界限。

1. 2. 3. 4.
内部泡沫
分散很细且均匀； 较稳定； 球形； 无明显的液面界限；
Gibbs方程 ΔG=δΔA 式中 ΔG：自由能变化（J） δ：液体的表面张力(N/cm)，是一种沿着液体表面 并与表面平衡的，力图使表面缩小的力，各种物质由于他们 分子间的相互作用力不同，表面张力就不同。 ΔA:表面积 从上式可以看出，当液体表面积增加时，表面能也增加， 而体系总是趋于向能量最小的方向移动，表明表面能增加就 会使体系不稳定，泡沫就是这样一种不稳定体系。 要使泡沫稳定，就要加入一种稳定剂——起泡剂来降低 表面张力。
第三节 泡沫的消除
一、泡沫对发酵的影响
在谷氨酸发酵中，由于通气和搅拌，产生少量泡沫是空气溶 解于发酵液中的结果。因此，发酵过程产生少量泡沫是正常 的。但是泡沫过多就会影响发酵的正常进行。 泡沫过多的影响 引起发酵液大量溢出，造成浪费和污染 泡沫上升到罐顶，可能从轴封渗漏，造成杂菌污染 降低了发酵罐的装填系数，降低了设备利用率 影响氧的传递，影响通气搅拌效果 代谢气体不能及时排出，影响菌体的正常呼吸作用