发酵过程泡沫的控制与种类

根据发酵过程泡沫的消长规律，对泡沫的控制可以采用两种途径：

种是减少泡沫形成的机会，通过调整培养基的成分（如少加或缓加易起泡的培养基成分）、改变某些培养条件（如ph、温度、通气量、搅拌速率）或改变发酵工艺（如采用分批投料）来控制。

另种是消除已形成的泡沫，可分为机械消泡和化学消泡两大类，这是微生物发酵工业上消除泡沫常用的方法。

1.机械消泡

它是种物理消泡的方法，借助机械强烈振动或压力变化起到破碎气泡、消除泡沫的作用。消泡装置可安装在罐内或罐外。罐内可在搅拌轴上方安装消泡桨，泡沫借旋风离心场作用被压碎，也可将少量消泡剂加到消泡转子上以增强消泡效果。罐外法是将泡沫引出罐外，通过喷嘴的加速作用或离心力破碎泡沫后，液体再返回发酵罐内。机械消泡的优点是不用在发酵液中引入外源物质（如消泡剂），节省原材料，减少染菌机会，且不会增加下游提取工艺的负担。但其效果往往不如消泡剂消泡迅速、可靠，需要定的设备和消耗定的动力，其大的缺点是不能从根本上消除泡沫的形成，因此常作为消泡的辅助方法使用。

2.化学消泡

它是种利用添加化学消泡剂的方式来消除泡沫的消泡法，也是目前应用广的消泡方法。根据泡沫形成的因素，可以选择作用机制不同的消泡剂。消泡剂都是表面活性剂，具有较低的表面张力。当泡沫表面存在由性表面活性物质形成的双电层时，加入另种性相反的表面活性物质可以中和电性，破坏泡沫的稳定定性，使泡沫破碎；或加入性更强的物质与发泡剂争夺泡沫表面上的空间，降低泡沫液膜的机械强度，进而促使。当泡沫的液膜具有较大的黏度时，可加入某些分子内聚力小的物质，以降低液膜的表面黏度，使液膜的液体流失，导致泡沫破碎，从而达到消除泡沫的目的。

根据消泡原理和发酵液的性质和要求，理想的消泡剂必须有以下特点：

①消泡剂必须具有较低的表面张力，消泡作用迅速，效率高；

②在气液界面上具有足够大的铺展系数，即要求消泡剂具有定的亲水性；

③消泡剂在水中的溶解度较小，以保持其持久的消泡或抑泡性能；

④对发酵过程中氧的传递以及对提取过程中产物的分离、提取不产生影响；

⑤耐高温，不干扰溶解氧、ph等测定仪表的使用；

⑥消泡剂来源方便，价格便宜；

⑦对微生物、人畜无毒性。

发酵工业常用的消泡剂分天然油脂类、聚醚类、高醇类和硅树脂类四大类，其中前两类使用得多。

常用的天然油脂类消泡剂有玉米油、豆油、米糠油、棉籽油和猪油等，除作为消泡剂外，这些物质还可作为碳源，但其消泡能力不强，所需用量大。

聚醚类消泡剂的种类很多，它们是氧化丙烯或氧化丙烯与环氧乙烷及甘油聚合而成的聚合物。聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚俗称“泡敌"，用量为0.03%左右，消泡能力比植物油大10倍以上。“泡敌”的亲水性好，在发泡介质中易铺展，消泡能力强，但其溶解度大，消泡活性维持时间较短，在黏稠发酵液中使用效果比在稀薄发酵液中更好。其他的消泡剂，如高醇类中的十八醇是常用的种，可单独或与其他载体起使用，它与冷榨猪油起能有效控制发酵的泡沫。另外，聚乙二醇具有消泡效果持久的特点，尤其适用于霉菌发酵。

硅酮类消泡剂的代表是聚二甲基硅氧烷及其衍生物，其分子结构通式为（Ch3）3SiO[Si（Ch3）2]nSi（Ch3）3，单独使用效果很差。它常与分散剂（微晶SiO2）起使用，也可与水配成10%的纯聚硅氧烷乳液。这类消泡剂适用于微碱性的放线菌和细菌发酵。消泡剂多数是溶解度小、分散性不十分好的高分子化合物，在应用中除采用化学和机械方法联合控制泡沫外，常添加增效剂以降低黏度，促进消泡剂扩散，提高消泡剂的消泡效果。例如，加入载体增效，即用惰性载体（包括矿物油、植物油等）将消泡剂溶解分散；消泡剂并用增效，如将聚氧丙烯甘油和聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚按1：1混合使用；消泡剂乳化增效，即将乳化剂与消泡剂混合制成乳剂，以提高分散能力。

消泡剂的选择和实际使用还有许多问题，应结合生产实际加以解决。

近年来，也有从生产菌种本身的特性着手，预防泡沫的形成，如在单细胞蛋白生产中，筛选在生长期不易形成泡沫的突变株。也有用混合培养方法，如有人用产碱菌、土壤杆菌同莫拉菌起培养来控制泡沫的形成，这是种菌产生的泡沫形成物质被另种菌协作同化的缘故。