7发酵工艺控制(4)解析

机会，节省原材料和不会增加下游工段的负担。
缺点：不能从根本上消除泡沫成因。
消沫装置的安装
罐内法：可在搅拌轴上方安装消沫桨，泡沫借旋风离 心场作用被压碎，也可将少量消泡剂加到消沫转子上 以增强消沫效果。
罐外法：是将泡沫引出罐外，通过喷嘴的加速 作用或离心力粉碎泡沫。
离心式消泡器 ： 是一种离心式气液分离装置。装于排气口上，夹带 液沫的气流以切线方向进入分离器中，由于离心力的作 用，液滴被甩向器壁，经回流管返回发酵罐，气体则自 中间管排出。
源自文库沫剂的应用
1.消泡剂的消沫效果与使用方式有关。 消泡效果取决于它在发酵液中的扩散能力。
消沫剂的分散可借助机械方法或某种分散剂 ( 如水， 将消沫剂乳化成细小液滴)。
分散剂的作用：帮助消沫剂扩散和缓慢释放， 具有加速和延长消沫剂的作用，减小消沫剂的 黏性，便于输送。
2.消沫的持久性与本身性能、加入量、加入时机有关。 举例：青霉素发酵中采用滴加玉米油的方式，防止泡沫大 量形成，利于菌的代谢和青霉素合成，减少了油的用量。 使用天然油脂时不能一次加得太多 (1) 过量油脂抑制气泡分散，显著影响氧传质速率，使溶氧 迅速下跌。 (2) 油被降解为脂肪酸与甘油，并进一步降解为有机酸，使 pH下降，有机酸的氧化消耗大量的氧，使溶氧下降。加强供 氧可减轻这种不利作用。 (3)油脂与铁形成过氧化物，对一些抗生素合成有害。(添加 萘酚或萘胺等抗氧剂可防止过氧化物的产生)
二、发酵过程中泡沫的消长规律
泡沫的多寡与通气、搅拌、培养基成分有关 玉米浆、蛋白胨、花生饼粉、黄豆饼粉、酵母粉、糖
蜜等是发泡的主要因素。起泡能力随品种、产地、加工、
贮藏条件而有所不同，还与配比有关。 糖类本身起泡能力较低，但高浓度的糖增加了发酵液 黏度，起稳定泡沫的作用。 培养基成分
举 例 ： 糖 蜜 的 灭 菌 温 度 从 110℃ 升 高 到 130℃ ， 30min，发泡系数qm几乎增加一倍。这是由于形成大量蛋
白黑色素和5-羟甲基(呋喃醇)糠醛所致。
灭菌方法、温度和时间
发酵液性质随菌代谢不断变化，是泡沫消长的重要因素。
举例：
霉菌发酵前期，泡沫稳定(发酵液黏度高和表面张力低)。 中期泡沫减少 ( 蛋白酶、淀粉酶增多，蛋白质降解， 发酵液黏度降低和表面张力上升;菌体稳定泡沫)。 后期泡沫增加(菌体自溶，可溶蛋白增加)。
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。
泡沫控制
一、泡沫的产生及其影响
产生泡沫的原因： 通气搅拌 发酵产生的CO2
糖、蛋白质和代谢物等稳定泡沫的物质的存在。 一般含复合氮源的通气发酵中会产生大量泡沫。 泡沫的存在可以增加气液接触表面，有利于氧的传递。
“泡沫”的副作用：
①、降低了发酵罐的装料系数：一般取0.7。充满空 间的泡沫约占培养基的10％，且配比也不完全相同。 ②、增加了菌群的非均一性： 微生物随泡沫漂浮，或黏附在罐壁上，有时在气相环 境中生长，引起菌分化，甚至自溶。 ③、增加染菌机会：发酵液溅到轴封处 ④、大量起泡，控制不及时，会引起“逃液”， 招致产物的流失。
亲水性好，消沫能力强，但消沫活性维持时间较短。在
黏稠发酵液中使用效果比在稀薄发酵液中更好。
3、高级醇： 十八醇. 与冷榨猪油一起能控制青霉素发酵的泡沫。 聚二醇.消沫效果持久，尤其适用于霉菌发酵。
4、硅酮类： 聚二甲基硅氧烷及其衍生物: 与分散剂(微晶Si02)一起用，也可与水配成10％乳液； 适用微碱性放线菌和细菌发酵。 羟基聚二甲基硅氧烷(亲水性): 青霉素和土霉素发酵。消泡能力随羟基含量 (0.22 ％～ 3.13％)增加而提高。
消泡剂消沫
发酵工业常用消泡剂分天然油脂类、聚醚类、高级 醇类和硅树脂类。 1、天然油脂：
玉米油、豆油、鱼油和猪油等，还可作为碳源。
消沫能力不强，需注意油脂的新鲜程度，以免生长和产 物合成受抑制。
2、聚醚类： 应用较多的聚氧丙烯甘油和聚氧乙烯氧丙烯甘油(俗称
泡敌)。
用量0.03％左右,消沫能力比植物油大10倍以上。
刮板式消泡器： 刮板旋转时使泡沫产生离心力被甩向壳体四周，受机械 冲击而达到消泡作用。 刮板转速为1000－1400转/分。 消泡后的液体经回流管返回发酵罐，被分离的气体通过 气体出口排出。
碟片式消泡器： 装在发酵罐顶部，当泡沫溢上与消泡器接触，泡沫受 高速旋转离心碟的离心力作用，将泡沫破碎分离成液态及 气态两相，气相向上排出，液体则补甩回发酵罐。
现有的实验数据还难以评定消沫剂对微生物的影响。
过量的消沫剂通常会影响菌的呼吸活性和物质(包括氧) 透过细胞壁的运输。 应尽可能减少消沫剂的用量。 (1)用前比较，选用……(微生物/消沫效果/成本) (2)制成乳浊液，减少同化和消耗
(3)联合机械控制泡沫
发酵终点的判断
发酵类型不同，目标不同，终点判断标准也不同。 原材料与发酵成本为主者：主要追求提高产率，得率(转化 率) 和发酵系数[产物kg／(罐容积m3· 发酵周期h)]。 提炼成本为主者和产品价值高者 ：除了高产率和发酵系数
三、
泡沫的控制
控制方法分为机械和消泡剂两大类。 从生产菌种本身的特性着手，如筛选生长期不易成泡 涂的突变株。 混合培养，如产碱菌、土壤杆菌同莫拉氏菌一起培养 可控制泡沫形成。(一株菌产生的泡沫被另一种协作菌同化 )
机械消沫
是藉机械引力起剧烈振动或压力变化起消沫作用。
优点：不需引进外界物质，如消泡剂，从而减少染菌
外，还要求高的产物浓度.
发酵总生产周期：
T=1/μm ·1n(X1／X2) +tT+tD+tL (7—50)
tT、tD和tL分别为放罐检修工作时 间，洗罐、打料和灭菌时间以及生 长停滞时间。 总生产率[产物g／(发酵液L· h)]： 放罐发酵单位除以总的发酵时间。
要提高总产率，必须缩短发酵周期:在产率降低时放罐.