第三節(jié) 泡沫的消除課件

第三節(jié)泡沫的消除第三節(jié)泡沫的消除一、泡沫對發(fā)酵的影響在谷氨酸發(fā)酵中，由于通氣和攪拌，產(chǎn)生少量泡沫是空氣溶解于發(fā)酵液中的結果。因此，發(fā)酵過程產(chǎn)生少量泡沫是正常的。但是泡沫過多就會影響發(fā)酵的正常進行。泡沫過多的影響引起發(fā)酵液大量溢出，造成浪費和污染泡沫上升到罐頂，可能從軸封滲漏，造成雜菌污染降低了發(fā)酵罐的裝填系數(shù)，降低了設備利用率影響氧的傳遞，影響通氣攪拌效果代謝氣體不能及時排出，影響菌體的正常呼吸作用第三節(jié)泡沫的消除二、泡沫的形成和性質(zhì)泡沫是氣體分散在少量液體中的膠體體系，是由許多氣泡堆積在一起而形成的。泡沫形成的必要條件①氣、液兩相共存；②有能降低液體表面張力的物質(zhì)存在。發(fā)酵液中的泡沫：分散相：無菌空氣、CO2

連續(xù)相：發(fā)酵液第三節(jié)泡沫的消除按發(fā)酵液性質(zhì)的不同，一般有兩種泡沫：表面泡沫所占比例大；密集；含有許多被液膜隔開的單個氣泡，其形狀是多面體的；泡沫與它下面的液體之間有能分辨的界限。內(nèi)部泡沫分散很細且均勻；較穩(wěn)定；球形；無明顯的液面界限；第三節(jié)泡沫的消除Gibbs方程

ΔG=δΔA式中ΔG：自由能變化（J）δ：液體的表面張力(N/cm)，是一種沿著液體表面并與表面平衡的，力圖使表面縮小的力，各種物質(zhì)由于他們分子間的相互作用力不同，表面張力就不同。ΔA:表面積從上式可以看出，當液體表面積增加時，表面能也增加，而體系總是趨于向能量最小的方向移動，表明表面能增加就會使體系不穩(wěn)定，泡沫就是這樣一種不穩(wěn)定體系。要使泡沫穩(wěn)定，就要加入一種穩(wěn)定劑——起泡劑來降低表面張力。第三節(jié)泡沫的消除泡沫的穩(wěn)定性，主要與液體的性質(zhì)，如表面張力、表面黏度和泡沫機械強度等有關。凡是能降低液體表面張力的物質(zhì)叫做表面活性物質(zhì)。液體表面張力降低就增加了泡沫的穩(wěn)定性，表面活性劑在氣泡周圍形成堅固的保護膜，增強了泡沫的機械強度。泡沫的穩(wěn)定性很大程度上還取決于液體的黏度。此外，泡沫的表面積、溫度、pH、溶液濃度等對泡沫的穩(wěn)定性均有影響。第三節(jié)泡沫的消除對于純液體來說，水的表面張力在常見液體中是最大的。20度下，水的表面張力為72.75mN/m，而烷烴的表面張力較小，如正辛烷在20度下表面張力為21.80mN/m.表面活性是兩親分子，親水基是極性基團，親油基就是碳氫鏈。表面活性劑溶于水后，由于親油部分希望脫離水，故在表面富集（稱為表面吸附），親水基插在水中，親油基豎在水面。等于將水的表面變成了親油基緊密排列的表面，這種表面相當于烷烴的表面，表面張力降低。

第三節(jié)泡沫的消除三、發(fā)酵過程泡沫形成的規(guī)律泡沫的多少，一方面與攪拌、通氣有關，另一方面與培養(yǎng)基性質(zhì)有關：蛋白質(zhì)原料，如蛋白胨、玉米漿、黃豆粉、酵母粉等是主要發(fā)泡劑；濃度較高的糖類能增加培養(yǎng)基的黏度，使泡沫穩(wěn)定，糊精含量多能引起泡沫的形成；培養(yǎng)基滅菌方法和操作條件會影響培養(yǎng)基成分的變化而影響泡沫的生成；細菌本身也有穩(wěn)定泡沫的作用。第三節(jié)泡沫的消除四、泡沫的消除消泡的方法物理方法消泡機械消泡化學消泡劑消泡第三節(jié)泡沫的消除1、物理方法消泡定義：是利用改變溫度等方法，使泡沫黏度或彈性降低，從而使泡沫破裂；第三節(jié)泡沫的消除2、機械消泡定義：是借助機械力將泡沫打破，或借助壓力變化使泡沫破裂；消泡器：耙式、離心式、刮板式、碟片式等；優(yōu)點：無需在發(fā)酵液中加入其他物質(zhì)，節(jié)省原料，減少加入消泡劑所引起的污染機會；缺點：不能從根本上消除引起泡沫穩(wěn)定的因素，消泡效果不如化學消泡劑迅速可靠，需要一定的設備和消耗動力。第三節(jié)泡沫的消除3、化學消泡劑消泡定義：是在發(fā)酵液中加入一種消泡劑以消除起泡因素；優(yōu)點：消泡效果好，作用快，尤其是合成消泡劑效率高，用量少；缺點：需要消泡劑，如果選擇不當會影響菌體生長或代謝產(chǎn)物的生成；操作上增加染菌機會；若添加過量會影響氧的傳遞，從而影響菌體代謝；如用植物油由于生物素含量多，用量多會影響谷氨酸的生成。消泡機理第三節(jié)泡沫的消除消泡劑選用原則（7個方面）①必須是表面活性劑，具有較低的表面張力，增加泡沫的穩(wěn)定性。②有一定的親水性。③水中溶解度小。④無毒，對菌體生長代謝無影響，不影響產(chǎn)物提取和質(zhì)量。⑤不干擾溶氧。⑥良好的熱穩(wěn)定性⑦來源方便、價格便宜。第三節(jié)泡沫的消除發(fā)酵工業(yè)常用的消泡劑主要類型：①天然油脂類；②高碳醇、脂肪酸和脂類；③醚類；④硅酮類。目前，味精廠普遍采用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）作為消泡劑；BAPE、PPE屬非離子型表面活性劑，消泡能力強、用量少、毒性低、使用方便。消泡劑的使用方法：①一次加入法；②中間流加法；③兩種方法結合使用第三節(jié)泡沫的消除第四節(jié)發(fā)酵過程中主要變化及中間代謝控制第三節(jié)泡沫的消除一.代謝優(yōu)化控制三種智能控制技術專家控制模糊控制人工神經(jīng)網(wǎng)絡控制第三節(jié)泡沫的消除二.發(fā)酵過程的四個階段

適應期對數(shù)生長期轉(zhuǎn)化期產(chǎn)酸期第三節(jié)泡沫的消除適應期在發(fā)酵初期，菌體處于適應期，細胞進行呼吸作用，利用貯存物質(zhì)合成大分子物質(zhì)和所需能量，菌體個體長大，但沒分裂。此時糖等基質(zhì)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。適應期一般為3h左右。第三節(jié)泡沫的消除對數(shù)生長期此時期，菌體開始繁殖，代謝逐漸旺盛，菌體大量繁殖，耗糖速度逐漸加快，糖作為碳源和能源用于合成細胞成分和合成反應所需要的能量。耗氧量很快增加，培養(yǎng)液中溶解氧下降，應根據(jù)情況提高風量，特別是對數(shù)生長期末期應注意風量。此階段一般為發(fā)酵3-8h或4-10h。第三節(jié)泡沫的消除轉(zhuǎn)化期在生物素限量的情況下，部分菌體體內(nèi)生物素含量由豐富轉(zhuǎn)向貧乏，此部分菌體就停止繁殖，在適宜條件下，形成生產(chǎn)型細胞，開始積累谷氨酸。這是代謝最旺盛階段，耗糖加快，谷氨酸生產(chǎn)迅速增加，耗氧速率加快，并接近最大值，放熱也最大值，且泡沫顯著增加。此階段必須充分供氧，風量達最大值，充分供給氮源，并注意降溫冷卻。第三節(jié)泡沫的消除產(chǎn)酸期菌體完成有增殖型向生產(chǎn)型轉(zhuǎn)化后，大量積累谷氨酸，耗糖與產(chǎn)酸相適應，產(chǎn)酸達最大值。此時，應繼續(xù)流加液氮，保證有充足的氮源。為加快產(chǎn)酸速率，可適當提高溫度。一般為36-37℃。第三節(jié)泡沫的消除在正常的發(fā)酵情況下，這一時期的中發(fā)酵已成定局，容易控制。在后發(fā)酵期，耗氧量減少，