第七章泡沫对发酵的影响及控制精选PPT.ppt

第七章泡沫对发酵的影响及控制第1页，本讲稿共20页泡沫泡沫由于培养基中有蛋白类表面活性剂存在，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。在通气条件下，培养液中就出现了泡沫。泡沫是气体被分散在少量液体中的胶体体泡沫是气体被分散在少量液体中的胶体体系，气液之间被一层液膜隔开，彼此不相系，气液之间被一层液膜隔开，彼此不相连通。连通。两种类型：机械性泡沫和流态泡沫两种类型：机械性泡沫和流态泡沫基质中的基质中的有机氮源有机氮源(黄豆饼粉等黄豆饼粉等)的种类与的种类与浓度是影响起泡的主要原因浓度是影响起泡的主要原因第2页，本讲稿共20页本节内容：本节内容：泡沫对发酵的影响泡沫对发酵的影响发酵过程中泡沫的变化发酵过程中泡沫的变化泡沫的控制泡沫的控制第3页，本讲稿共20页一、泡沫的形成及其对发酵的影响一、泡沫的形成及其对发酵的影响 在大多数微生物发酵过程中，通气、搅拌以及在大多数微生物发酵过程中，通气、搅拌以及代谢气体的逸出，再加上培养基中糖、蛋白质、代代谢气体的逸出，再加上培养基中糖、蛋白质、代谢物等表面活性剂的存在，培养液中就形成了泡沫。谢物等表面活性剂的存在，培养液中就形成了泡沫。泡沫的多少与搅拌、通风、培养基性质有关。泡沫的多少与搅拌、通风、培养基性质有关。u蛋白质原料如蛋白胨、玉米浆、黄豆粉、酵母粉等是蛋白质原料如蛋白胨、玉米浆、黄豆粉、酵母粉等是主要的发泡剂主要的发泡剂。u糊精含量多也引起泡沫的形成。糊精含量多也引起泡沫的形成。u当发酵感染杂菌和噬菌体时，泡沫异常多。当发酵感染杂菌和噬菌体时，泡沫异常多。第4页，本讲稿共20页少量泡沫的作用少量泡沫的作用：u一定数量的泡沫是正常现象，可以增加气液接触面积，导致氧传一定数量的泡沫是正常现象，可以增加气液接触面积，导致氧传递速率增加；递速率增加；大量的泡沫引起许多负作用：大量的泡沫引起许多负作用：u发酵罐的装料系数减少、氧传递系统减小；发酵罐的装料系数减少、氧传递系统减小；u增加了菌群的非均一性；增加了菌群的非均一性；u造成大量逃液，增加染菌机会；造成大量逃液，增加染菌机会；u严重时通气搅拌无法进行，菌体呼吸受到阻碍，导致代谢异常严重时通气搅拌无法进行，菌体呼吸受到阻碍，导致代谢异常或菌体自溶；或菌体自溶；u消泡剂的添加将给提取工序带来困难。消泡剂的添加将给提取工序带来困难。第5页，本讲稿共20页二、泡沫的变化二、泡沫的变化通气和搅拌：通气和搅拌：随通气和搅拌增加而增加，搅拌比通气影响大；随通气和搅拌增加而增加，搅拌比通气影响大；培养基原料性质：培养基原料性质：蛋白胨、玉米浆、花生饼粉、黄豆饼粉、酵母粉等蛋白胨、玉米浆、花生饼粉、黄豆饼粉、酵母粉等蛋白质原料是主要发泡物质；蛋白质原料是主要发泡物质；培养基灭菌方法：培养基灭菌方法：温度过高，形成蛋白黑色素，泡沫增多；温度过高，形成蛋白黑色素，泡沫增多；细胞代谢活动：细胞代谢活动：初期，高粘度、低张力，泡多；中期，粘度降、张力升，初期，高粘度、低张力，泡多；中期，粘度降、张力升，泡少；后期，自溶，泡上升。泡少；后期，自溶，泡上升。第6页，本讲稿共20页发酵过程泡沫的变化发酵过程泡沫的变化第7页，本讲稿共20页通气与搅拌的强度通气与搅拌的强度培养基的配比及原材料组成培养基的配比及原材料组成培养基的破坏程度培养基的破坏程度接种量的大小接种量的大小培养液本身性质的变化培养液本身性质的变化培养基灭菌的方法和操作培养基灭菌的方法和操作染菌染菌三、影响泡沫稳定的因素三、影响泡沫稳定的因素第8页，本讲稿共20页不同搅拌速度和通气量对泡沫影响不同搅拌速度和通气量对泡沫影响第9页，本讲稿共20页不同浓度蛋白质原科的起泡作用不同浓度蛋白质原科的起泡作用第10页，本讲稿共20页灭菌时间对泡沫稳定性的影响灭菌时间对泡沫稳定性的影响 第11页，本讲稿共20页四、泡沫的消除四、泡沫的消除四、泡沫的消除四、泡沫的消除调整培养基中的成分（如少加或缓加易起泡的原料）或调整培养基中的成分（如少加或缓加易起泡的原料）或改变某些物理化学参数（如改变某些物理化学参数（如pHpH值、温度、通气和搅拌）值、温度、通气和搅拌）或者改变发酵工艺（如采用分次投料）来控制，以减或者改变发酵工艺（如采用分次投料）来控制，以减少泡沫形成的机会。少泡沫形成的机会。采用菌种选育的方法，筛选不产生流态泡沫的菌种，来采用菌种选育的方法，筛选不产生流态泡沫的菌种，来消除起泡的内在因素。消除起泡的内在因素。采用机械消泡或消泡剂来消除已形成的泡沫。采用机械消泡或消泡剂来消除已形成的泡沫。第12页，本讲稿共20页1.1.机械消泡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。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。优点：节省原料，减少染菌机会。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。缺点：消泡效果不理想，仅可作为消泡的辅助方法。罐内消泡罐内消泡靠罐内消泡桨转动打碎泡沫。靠罐内消泡桨转动打碎泡沫。罐外消泡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第13页，本讲稿共20页第14页，本讲稿共20页第15页，本讲稿共20页第16页，本讲稿共20页2.消泡剂消泡消泡剂消泡A.A.消泡剂的作用：消泡剂的作用：降低泡沫液膜的机械强度；降低泡沫液膜的机械强度；降低液膜的表面黏度；降低液膜的表面黏度；兼有两者的作用，达到破裂泡沫的目的。兼有两者的作用，达到破裂泡沫的目的。B.作为生物工业理想的消泡剂，应具备下列条件：作为生物工业理想的消泡剂，应具备下列条件：应该在气液界面上具有足够大的铺展系数，才能迅速发挥消泡作用，这就应该在气液界面上具有足够大的铺展系数，才能迅速发挥消泡作用，这就要求消泡剂有一定的亲水性；要求消泡剂有一定的亲水性；应该在低浓度时具有消泡活性；应该在低浓度时具有消泡活性；应该具有持久的消泡或抑泡性能，以防止形成新的泡沫；应该具有持久的消泡或抑泡性能，以防止形成新的泡沫；应该对微生物、人类和动物无毒性；应该对微生物、人类和动物无毒性；应该对产物的提取不产生影响；应该对产物的提取不产生影响；不会在使用、运输中引起任何危害；不会在使用、运输中引起任何危害；来源方便，成本低；来源方便，成本低；应该对氧传递不产生影响；应该对氧传递不产生影响；能耐高温灭菌。能耐高温灭菌。第17页，本讲稿共20页C.常用的消泡剂有常用的消泡剂有4大类：大类：天然油脂类天然油脂类脂肪酸和酯类脂肪酸和酯类聚醚类聚醚类硅酮类硅酮类以天然油脂类和聚醚类在生物发酵中最为常用。以天然油脂类和聚醚类在生物发酵中最为常用。豆油、玉米油、棉籽油、菜籽油和猪油等。豆油、玉米油、棉籽油、菜籽油和猪油等。油不仅用作消泡剂，还可作为碳源和发酵控制的手段。油不仅用作消泡剂，还可作为碳源和发酵控制的手段。在发酵中，要控制油的质量、新鲜程度，并要进行发酵试验检验。在发酵中，要控制油的质量、新鲜程度，并要进行发酵试验检验。聚醚类消泡剂品种很多，它们是氧化丙稀或氧化丙稀和环氧乙烷与甘油聚合聚醚类消泡剂品种很多，它们是氧化丙稀或氧化丙稀和环氧乙烷与甘油聚合而成的聚合物。而成的聚合物。聚氧丙稀甘油（聚氧丙稀甘油（GP型）型）氧化丙稀和甘油聚合；亲水性差，在发泡介质中氧化丙稀和甘油聚合；亲水性差，在发泡介质中的溶解度小，所以用于稀薄发酵液中要比用于粘稠发酵液中的效果好；抑泡性的溶解度小，所以用于稀薄发酵液中要比用于粘稠发酵液中的效果好；抑泡性能比消泡性能好，适宜用于基础培养基中，以抑制泡沫的产生。能比消泡性能好，适宜用于基础培养基中，以抑制泡沫的产生。聚氧乙烯氧丙稀甘油（聚氧乙烯氧丙稀甘油（GPE型，泡敌）型，泡敌）氧化丙稀、环氧乙烷与甘油聚合；氧化丙稀、环氧乙烷与甘油聚合；亲水性好，在发泡介质中易铺展，消泡能力强，作用快，溶解度大，消泡活性亲水性好，在发泡介质中易铺展，消泡能力强，作用快，溶解度大，消泡活性维持时间短，用于粘稠发酵液的效果比用于稀薄的好。维持时间短，用于粘稠发酵液的效果比用于稀薄的好。第18页，本讲稿共20页D.应用消泡剂时的增效方法：应用消泡剂时的增效方法：加载体增效，即用惰性载体（如矿物油、植物油等）使消泡剂溶解分散，加载体增效，即用惰性载体（如矿物油、植物油等）使消泡剂溶解分散，达到增效的目的；达到增效的目的；消泡剂并用增效，取各种消泡剂的优点进行互补，达到增效；消泡剂并用增效，取各种消泡剂的优点进行互补，达到增效；乳化消泡剂增效，用乳化剂（或分散剂）将消泡剂制成乳剂，以提高分乳化消泡剂增效，用乳化剂（或分散剂）将消泡剂制成乳剂，以提高分散能力，增强消泡效力，一般只适用于亲水性差的消泡剂。散能力，增强消泡效力，一般只适用于亲水性差的消泡剂。GP和和GPE 1:1混合使用于土霉素发酵，结果比单独使用混合使用于土霉素发酵，结果比单独使用GP的效力提高的效力提高2倍。倍。用吐温用吐温-80制成的乳剂，用于庆大霉素发酵，效力提高制成的乳剂，用于庆大霉素发酵，效力提高12倍。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。决。第19页，本讲稿共20页泡沫的检测和控制泡沫的检测和控制最最简简单单的的检检测测是是定定时时在在发发酵酵罐罐视视孔孔上上观观察察泡泡沫沫产产生生情情况况，发发现现泡泡沫沫持持续续上上升升时时，开开启启消消泡泡剂剂贮贮罐罐的的阀阀门门，流流加加少少量量消消泡泡剂剂，使泡沫消失即可。使泡沫消失即可。也也可可在在罐罐内内顶顶部部装装液液位位仪仪与与控控制制仪仪表表连连结结，用用以以控控制制消消泡泡贮贮率率阀阀门门的的开开启启。当当泡泡沫沫上上升升接接触触探探头头顶顶端端时时产产生生的的信信号号，通通过过控控制制装装置置，指指令令打打开开泵泵开开关关或或阀阀门门，自自动动加加入入消消泡泡剂剂，泡泡沫沫消消失失，信信号号也也随随之之消消失失，阀阀门关闭。门关闭。第20页，本讲稿共20页