1.1.Сокращение производственных мощностей
В бродильных емкостях объем заполнения уменьшается, чтобы вместить пену и предотвратить перелив. Коэффициент зарядки: соотношение объема загрузки к емкости. Коэффициент загрузки бродильных резервуаров обычно составляет 0,7.
1.2.Причины потери сырья
Если в объеме оборудования не остается места для размещения пены, пузырьки приведут к потере сырья и образованию отходов.
1.3.Влияют на дыхание бактерий
Если пузырьки устойчивы и не разорваны, то при дыхании микроорганизмы пузырьки будут наполнены углекислым газом и не смогут обмениваться кислородом воздуха, что влияет на дыхание бактерий.
1.4.Вызывают бактериальную инфекцию
Увеличение пены приведет к выходу жидкости, поэтому, если питательная среда прилипнет к выхлопной трубе, бактерии будут расти. Со временем в бродильном резервуаре разрастаются разные бактерии и вызывают загрязнение. Большое количество пены проникает из верхней части бака к уплотнению вала. Смазочное масло на уплотнении вала может вызвать эффект пенообразования. Пена, падающая с уплотнения вала, часто вызывает бактериальное загрязнение.
1.5.Влияние на продукты брожения
Некоторые продукты ферментации, особенно протеазы, могут быть инактивированы пеной ферментации.
(1) Интенсивность аэрации и перемешивания: чем сильнее аэрация и перемешивание во время процесса ферментации, тем легче образуется пена.
(2) Среднее соотношение и состав сырья: чем богаче среднее соотношение и состав сырья, тем выше содержание источников органического азота и тем выше стабильность полученной пены.
(3) Статус роста бактериальных клеток: Когда бактериальные клетки активно растут, концентрация белка в ферментационном бульоне будет увеличиваться, а также повышаться, что в конечном итоге приводит к образованию пузырьков.
(4) Лизис клеток ферментера: клетки ферментера лизируются, и клеточные белки высвобождаются в больших количествах, что вызывает кратковременный быстрый процесс пенообразования в культуральной среде.
(5) Факторы окружающей среды: на процесс ферментации влияет окружающая среда, в результате чего температура во время ферментации быстро повышается.В сочетании с постоянным перемешиванием во время процесса ферментации пузырьки постепенно увеличиваются.
(6) Компоненты ферментационного бульона: когда вязкость и концентрация ферментационного бульона выше, образуется больше пены. Чтобы контролировать образование бродильной пены, можно использовать различные методы, такие как регулировка интенсивности аэрации и перемешивания, оптимизация формулы среды и состава сырья, контроль роста бактерий, предотвращение лизиса бактерий в бродильном резервуаре, контроль факторов окружающей среды, и корректировку состава ферментационной жидкости.
3.1.Механическое устранение
Использование сильной механической вибрации или изменений давления для разрушения пены — это способ использования физических эффектов для устранения пены. Среди методов механического пеногасления самым простым является установка пеногасящей лопасти на верхний слой вала мешалки и использование внешней силы для измельчения пены для достижения цели пеногашения. Преимущество заключается в том, что в ферментационный бульон нет необходимости добавлять другие вещества, что не только экономит сырье, но и снижает риск заражения различными бактериями. Однако пеногасящий эффект сравнительно невелик и не может принципиально устранить факторы, обусловливающие стабильность пены, поэтому его можно использовать только как вспомогательный метод пеногашения.
3.2.Удаление пеногасителя
Пеногасители могут разрушить пену. Поскольку факторов образования пены много, существует два механизма пенообразования пеногасителей:
(1) Когда на поверхностном слое пены присутствуют полярные поверхностно-активные вещества, образующие двойной электрический слой, можно добавить другое поверхностно-активное вещество с противоположным зарядом, чтобы уменьшить его механическую прочность, или можно добавить несколько сильных полярных поверхностно-активных веществ. конкурирует с пенообразователем за пространство пленки жидкости и снижает механическую прочность пленки жидкости, тем самым вызывая разрыв пены.
(2) Когда жидкая пленка пены имеет большую поверхностную вязкость, можно добавить некоторые вещества с небольшой молекулярной когезией, чтобы уменьшить поверхностную вязкость жидкой пленки, тем самым способствуя потере жидкости в жидкой пленке и вызывая расслоение пены. лопаться.
Хороший пеногаситель может одновременно обладать двумя вышеуказанными свойствами, то есть он может одновременно снижать механическую прочность жидкой пленки и уменьшать поверхностную вязкость жидкой пленки. Кроме того, для того, чтобы пеногаситель легко распределялся по поверхности пены, пеногаситель должен иметь такие характеристики, как небольшое поверхностное натяжение и растворимость в воде.Однако при неправильном использовании пеногасителя он будет мешать метаболизму пеногасителя. микроорганизмов и влияют на биосинтез.
4.1.Виды пеногасителей
(1) Натуральные масла: такие как кукурузное масло, соевое масло, масло рисовых отрубей, хлопковое масло, рапсовое масло и сало и т. д.;
(2) Полиэфиры: такие как полипропиленглицерин, называемый типом GP, полиоксиэтиленоксипропиленглицерин, называемый CPE, также известный как пена;
(3) Высшие спирты: (стеариловый спирт и полигликоль), жирные кислоты и сложные эфиры;
(4) Силикон: например, полидиметилсилоксан и его производные, которые чаще всего используются при микробной ферментации лекарств.
Раньше для пеногасления в основном использовалось растительное масло, но теперь для пеногасления в основном используются силиконы, а силиконы и полиэфиры также используются в сочетании с хорошими результатами. Вы можете выбрать один или комбинацию нескольких пеногасителей и провести тест на токсичность. Например, Bacillus subtilis часто использует эмульгированное силиконовое масло для пеногасителя; для ферментации Saccharomyces cerevisiae пенообразователь можно добавлять отдельно или можно смешать соевое масло и пенообразователь в определенной пропорции для пеногасителя. Различные типы пеногасителей по-разному влияют на ферментацию разных штаммов бактерий.Рекомендуется провести больше экспериментов.
4.2.Основы выбора пеногасителя
(1) Тип ферментации: разные типы ферментации предъявляют разные требования к пеногасителям. Например, ферментация пива требует использования быстропенящихся пеногасителей для быстрого удаления пены, образующейся в процессе ферментации; ферментация антибиотиков требует использования эффективных пеногасителей с низким пенообразованием, чтобы избежать помех пены в процессе производства антибиотиков.
(2) Свойства ферментационного бульона. Свойства ферментационного бульона включают глубину жидкости, вязкость, pH и т. д. Эти свойства могут влиять на эффективность пеногасителей. Например, кислый ферментационный бульон требует использования устойчивых к кислотам и щелочам пеногасителей, чтобы гарантировать, что пеногаситель все еще может оказывать хороший пеногасящий эффект в кислой среде. Кроме того, для бродильных бульонов с более высокой вязкостью следует использовать пеногасители с сильными адсорбционными свойствами для лучшей адсорбции на поверхности бродильного бульона и снижения поверхностного натяжения жидкости.
(3) Температура и давление: Температура и давление также влияют на действие пеногасителя. В условиях высокой температуры и высокого давления необходимо использовать пеногаситель, устойчивый к высокой температуре и высокому давлению, чтобы гарантировать, что пеногаситель может сохранять хорошие характеристики пеногашения при высокой температуре и высоком давлении.
(4) Характеристики пеногасителя: при выборе подходящего пеногасителя необходимо учитывать такие факторы, как пенообразующие свойства, адсорбционные свойства и долговечность пеногасителя. Пенообразующее свойство указывает на способность пеногасителя образовывать пену в растворе, адсорбция указывает на способность пеногасителя прилипать к поверхности раствора, а долговечность указывает на время, в течение которого пеногаситель продолжает оказывать свое действие в растворе. В соответствии с фактическими потребностями выберите пеногаситель с соответствующими пенообразующими и адсорбционными свойствами, чтобы гарантировать, что пеногаситель может оказывать пеногасящий эффект в соответствующее время и продолжительность.
(5) Экономия: Экономия также является одним из факторов, которые необходимо учитывать при выборе пеногасителей. Выбирая пеногаситель, вам необходимо выбрать пеногаситель по цене, соответствующей вашему экономическому положению. Исходя из обеспечения пеногасящего эффекта, выберите экономически эффективный пеногаситель, чтобы снизить себестоимость промышленного брожения.
Короче говоря, выбор пеногасителей при промышленной ферментации требует всестороннего рассмотрения типа ферментации, свойств ферментационной жидкости, температуры и давления, эффективности и экономичности пеногасителя. Правильный выбор подходящих пеногасителей может эффективно улучшить стабильность, эффективность и качество продукта процесса ферментации. В реальном процессе эксплуатации вышеуказанные факторы можно взвесить и выбрать в зависимости от реальной ситуации, чтобы получить наилучший эффект пеногасителя.