發(fā)酵過(guò)程泡沫的形成與控制
發(fā)酵過(guò)程起泡的利弊：氣體分散、增加氣液接觸面積，但過(guò)多的泡沫是有害的。
一、泡沫形成的基本理論
泡沫的定義：一般來(lái)說(shuō)：泡沫是氣體在液體中的粗分散體，屬于氣液非均相體系
（一）泡沫形成的原因
1、氣液接觸
因?yàn)榕菽菤怏w在液體中的粗分散體，產(chǎn)生泡沫的首要條件是氣體和液體發(fā)生接觸。而且只有氣體與液體連續(xù)、充分地接觸才會(huì)產(chǎn)生過(guò)量的泡沫。氣液接觸大致有以下兩類情況：
（1）氣體從外部進(jìn)入液體，如攪拌液體時(shí)混入氣體；
（2）氣體從液體內(nèi)部產(chǎn)生。氣體從液體內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)，形成的泡沫一般氣泡較小、較穩(wěn)定。
2、含助泡劑
在未加助泡劑，但并不純凈的水中產(chǎn)生的泡沫，其壽命在0.5秒之內(nèi)，只能瞬間存在。搖蕩純?nèi)軇┎黄鹋荩缯麴s水，只有搖蕩某種溶液才會(huì)起泡。
在純凈的氣體、純凈的液體之外，必須存在第三種物質(zhì)，才能產(chǎn)生氣泡。對(duì)純凈液體來(lái)說(shuō)，這第三種物質(zhì)是助泡劑。當(dāng)形成氣泡時(shí)，液體中出現(xiàn)氣液界面，這些助泡劑就會(huì)形成定向吸附層。與液體親和性弱的一端朝著氣泡內(nèi)部，與液體親和性強(qiáng)的一端伸向液相，這樣的定向吸附層起到穩(wěn)定泡沫的作用。
3、起泡速度高于破泡速度
起泡的難易，取決于液體的成分及所經(jīng)受的條件；破泡的難易取決于氣泡和泡破滅后形成的液滴在表面自由能上的差別；同時(shí)還取決于泡沫破裂過(guò)程進(jìn)行得多快這一速度因素
高起泡的液體，產(chǎn)生的泡沫不一定穩(wěn)定。體系的起泡程度是起泡難易和泡沫穩(wěn)定性兩個(gè)因素的綜合效果。
泡沫產(chǎn)生速度小于泡沫破滅速度，則泡沫不斷減少，最終呈不起泡狀態(tài)；泡沫產(chǎn)生速度等于泡沫破滅速度，則泡沫數(shù)量將維持在某一平衡狀態(tài)；泡沫產(chǎn)生速度高于泡沫破滅速度，泡沫量將不斷增加。
4、發(fā)酵過(guò)程泡沫產(chǎn)生的原因
（1）通氣攪拌的強(qiáng)烈程度
通氣大、攪拌強(qiáng)烈可使泡沫增多，因此在發(fā)酵前期由于培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)成分消耗少，培養(yǎng)基成分豐富，易起泡。應(yīng)先開(kāi)小通氣量，再逐步加大。攪拌轉(zhuǎn)速也如此。也可在基礎(chǔ)料中加入消泡劑。
（2）培養(yǎng)基配比與原料組成
培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)豐富，黏度大，產(chǎn)生泡沫多而持久，前期難開(kāi)攪拌
例：在50L罐中投料10L，成分為淀粉水解糖、豆餅水解液、玉米漿等，攪拌900 rpm，通氣，泡沫生成量為培養(yǎng)基的2倍。如培養(yǎng)基適當(dāng)稀一些，接種量大一些，生長(zhǎng)速度快些，前期就容易開(kāi)攪拌。
（3）菌種、種子質(zhì)量和接種量
菌種質(zhì)量好，生長(zhǎng)速度快，可溶性氮源較快被利用，泡沫產(chǎn)生幾率也就少。菌種生長(zhǎng)慢的可以加大接種量
（4）滅菌質(zhì)量
培養(yǎng)基滅菌質(zhì)量不好，糖氮被破壞，抑制微生物生長(zhǎng)，使種子菌絲自溶，產(chǎn)生大量泡沫，加消泡劑也無(wú)效。
（二）起泡的危害
1、降低生產(chǎn)能力
在發(fā)酵罐中，為了容納泡沫，防止溢出而降低裝量
2、引起原料浪費(fèi)
如果設(shè)備容積不能留有容納泡沫的余地，氣泡會(huì)引起原料流失，造成浪費(fèi)。
3、影響菌的呼吸
如果氣泡穩(wěn)定，不破碎，那么隨著微生物的呼吸，氣泡中充滿二氧化碳，而且又不能與空氣中氧進(jìn)行交換，這樣就影響了菌的呼吸。
4、引起染菌
由于泡沫增多而引起逃液，于是在排氣管中粘上培養(yǎng)基，就會(huì)長(zhǎng)菌。隨著時(shí)間延長(zhǎng)，雜菌會(huì)長(zhǎng)入發(fā)酵罐而造成染菌。大量泡沫由罐頂進(jìn)一步滲到軸封，軸封處的潤(rùn)滑油可起點(diǎn)消泡作用，從軸封處落下的泡沫往往引起雜菌污染。
（三）泡沫的性質(zhì)
泡沫體系有獨(dú)特的性質(zhì)，研究泡沫的性質(zhì)，是解決消泡問(wèn)題的基礎(chǔ)。
1、氣泡間液膜的性質(zhì)
泡沫中氣泡間的間距很小，僅以一薄層液膜相隔，研究液膜的性質(zhì)很有代表意義，又因?yàn)椋挥泻兄莸谋砻婊钚詣拍苄纬煞�(wěn)定的泡沫，所以應(yīng)當(dāng)首先研究表面活性劑與液膜的關(guān)系
表面活性劑是由疏水基與親水基構(gòu)成的化合物，在水中，表面活性劑的分子不停地轉(zhuǎn)動(dòng)在以下兩種情況下泡沫才能比較穩(wěn)定，停留時(shí)間比較長(zhǎng)：
第一種情況 表面活性劑的親水基留在水相，疏水基伸到氣相中，形成定向吸附層
第二種情況 表面活性劑的疏水基在水相中互相靠在一起，減少疏水基與水的接觸，形成“膠束”。
溶液中當(dāng)表面活性劑的濃度低于臨界膠束濃度時(shí)，以第一種情況為主；表面活性劑濃度高于臨界膠束濃度時(shí)出現(xiàn)第二種情況。在泡沫不斷增加時(shí)，表面活性劑會(huì)從膠束中不斷轉(zhuǎn)移到新產(chǎn)生的氣液界面上。
表面活性劑為什么會(huì)定向排列在表面？
在液相中因?yàn)樗肿又g的吸引力大于水對(duì)表面活性劑的吸引力，表面活性劑的疏水部分被水分子之間的吸引力擠出溶液，到達(dá)氣液界面。這就是表面活性劑易于在泡沫上形成定向吸附層的原因。
2、泡沫是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系
熱力學(xué)第二定律指出：自發(fā)過(guò)程，總是從自由能較高的狀態(tài)向自由能較低的狀態(tài)變化。起泡過(guò)程中自由能變化如下：
△G=γ△A <BR>△G——自由能的變化
△A——表面積的變化
γ——比表面能
起泡時(shí)，液體表面積增加，△A為正值，因而△G為正值，也就是說(shuō)，起泡過(guò)程不是自發(fā)過(guò)程。另一方面，泡沫的氣液界面非常大，例如：半徑1cm厚0.001cm的一個(gè)氣泡，內(nèi)外兩面的氣液界面達(dá)25cm2；可是，當(dāng)其破滅為一個(gè)液滴后，表面積只有0.2cm2,相差上百倍。顯然，液體起泡后，表面自由能比無(wú)泡狀態(tài)高得多。泡沫破滅、合并的過(guò)程中，△A是一個(gè)絕對(duì)值很大的負(fù)數(shù)，也就是說(shuō)泡沫破滅、合并的過(guò)程，自由能減小的數(shù)值很大。因此泡沫的熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，終歸會(huì)變成具有較小表面積的無(wú)泡狀態(tài)。
3、泡沫體系的三階段變化
即使外觀看來(lái)平靜、比較穩(wěn)定的泡沫體系，泡沫液也在不斷地下落、蒸發(fā)，不斷進(jìn)行著下述三階段的變化
(1)氣泡大小分布的變化
液膜包裹的一個(gè)氣泡，就像一個(gè)吹鼓了的氣球。由于氣球膜有收縮力，所以氣球中壓力大于氣球外的壓力；同樣氣泡膜有表面張力，氣泡中壓力大于氣泡外的壓力。氣泡大小的再分布，就是由氣泡膜內(nèi)氣體的壓力變化引起的。氣泡中氣體壓力的大小，依賴氣泡膜的曲率半徑由定量觀點(diǎn)看，氣泡內(nèi)外壓差△P=，由該式可知：壓差△P與氣泡半徑成反比。若氣泡膜的表面張力均相同，則小氣泡中的壓力比大氣泡中的壓力大。因此當(dāng)相鄰氣泡大小不同時(shí)，氣泡會(huì)不斷地由小氣泡高壓區(qū)，經(jīng)過(guò)吸附、溶解、解析，擴(kuò)散到大氣泡低壓區(qū)。于是小氣泡進(jìn)一步變小，大氣泡進(jìn)一步變大。即使相鄰氣泡曲率半徑最初差別不大，也會(huì)由于△P的不同，氣體的擴(kuò)散，泡徑差別逐漸增大，直至小泡完全并入大泡。結(jié)果氣泡數(shù)目減少，平均泡徑增大，氣泡大小分別發(fā)生變化
（2）氣泡液膜變薄
取一杯泡沫，放置一段時(shí)間，就會(huì)在杯底部出現(xiàn)一些液體，而逐漸形成液相及液面上的泡沫相這樣具有界面的兩層。底部出現(xiàn)的液體一部分是泡沫破滅形成的，一部分是氣泡膜變薄，排出液體形成的。
泡沫生成初期，泡沫液還比較厚，以后因蒸發(fā)排液而變薄，泡沫液會(huì)受重力的影響向下排液，泡沫液隨時(shí)間延續(xù)而變薄。
（3）泡沫破滅
泡沫由于排液，液量過(guò)少，表面張力降低，液膜會(huì)急劇變薄，最后液膜會(huì)變得十分脆弱，以至分子的熱運(yùn)動(dòng)都可以引起氣泡破裂。因此只要泡沫液變薄到一定程度，泡沫即瞬間破滅。
泡沫層內(nèi)部的小氣泡破滅后，雖一時(shí)還不能導(dǎo)致氣液分離，只是合并成大氣泡，但排液過(guò)程使泡膜液量大幅度減少，使合并成的大氣泡快速地破滅，最后泡沫體系崩潰，氣液分離。
（四）影響泡沫穩(wěn)定性的因素
引起危害，需要消除的，只是穩(wěn)定的泡沫。泡沫的穩(wěn)定性受液體、氣體許多性質(zhì)的影響。不同介質(zhì)的泡沫，穩(wěn)定程度相差很多，影響泡沫穩(wěn)定性的因素十分復(fù)雜，概括國(guó)內(nèi)外研究者的說(shuō)法，主要因素有
1、泡徑大小
對(duì)任何泡沫體系稍加觀察都會(huì)發(fā)現(xiàn)：大泡易于破滅，壽命較長(zhǎng)的的都是小泡。泡越小，合并成大氣泡的歷程就越長(zhǎng)，而且小氣泡的泡膜中所含液量相對(duì)比較大，所以較能經(jīng)受液體流失所造成的穩(wěn)定性的損失。
另一方面，氣泡只有上升到液面才能夠在破滅之后減少泡沫體積。 氣泡越小，上升速度越慢。溶液中溶解狀態(tài)或膠束狀態(tài)的表面活性劑，在氣泡上升的過(guò)程中，吸附到氣液界面上，形成定向吸附層。小氣泡上升慢，給表面活性劑的吸附提供充足的時(shí)間，增加了穩(wěn)定性。
2、溶液所含助泡物的類型和濃度
（1）降低表面張力
降低表面張力會(huì)降低相鄰氣泡間的壓差。壓差小，小泡并入大泡的速度就慢，泡沫的穩(wěn)定性就好。
（2）增加泡沫彈性
助泡的表面活性劑，吸附在氣液界面上，使表面層的組分與液相組分產(chǎn)生差別，因而使泡沫液具有可以伸縮的稱為“吉布斯彈性”的性質(zhì)，對(duì)于泡沫穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)表面活性劑使液膜具有“吉布斯彈性”比降低表面張力更重要。
吉布斯曾對(duì)泡沫液彈性做如下定義：
E=2A（ ）
E——膜彈性
A——膜面積
σ——表面張力
可以看出大，吉布斯彈性大，泡沫抵抗變形的能力就大。大意味著：當(dāng)面積發(fā)生變化時(shí)，表面張力的變化較大，即收縮力較大，泡沫“自愈作用”就強(qiáng)，泡沫也就穩(wěn)定。單一組分的純凈液體，表面張力不隨表面積改變而改變，液體沒(méi)有彈性，所以純凈液體不會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的泡沫。
（3）助泡劑濃度
溶液中助泡劑濃度增加，氣液界面上的吸附量就增加，液膜彈性隨之增加，泡沫穩(wěn)定性增高，直至到達(dá)助泡物的臨界膠束濃度為止。到達(dá)臨界膠束濃度后，氣液界面上的定向排列“飽和”，彈性不會(huì)再增加，增加膠束濃度只會(huì)增大、增多膠束。
3、起泡液的粘度
某些溶液，如蛋白質(zhì)溶液，雖然表面張力不低，但因粘度很高，所產(chǎn)生的泡沫非常穩(wěn)定。因?yàn)檎吵淼囊耗ぃ兄谖胀饬Φ臎_擊，起到緩沖的作用，使泡沫能持久一些。液體粘度對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響比表面張力的影響還要大。
4、其它
溫度 表面張力最低值時(shí)的濃度隨溫度變化。
在最低表面張力時(shí)泡沫排液迅速，否則排液緩慢。
pH 影響助泡劑的溶解度和表層的吸附狀態(tài)
表面電荷 離子型表面活性劑，水解后帶電荷，泡沫的定向吸附層為雙電層結(jié)構(gòu)。由于離子間靜電的排斥，阻礙著離子彼此接近，減少排液速度，延緩泡沫變薄過(guò)程，使泡沫穩(wěn)定。
（二）、消泡劑消泡
1、消泡劑的作用機(jī)理
為了弄清消泡劑如何發(fā)揮作用，為了合理、有效地使用消泡劑，需要了解消泡劑的作用機(jī)制及一般性質(zhì)。
泡沫本來(lái)是極不穩(wěn)定的，只因助泡劑的穩(wěn)泡作用才難以破滅。人們研究消泡劑抵消助泡劑的穩(wěn)泡作用的機(jī)理是近幾十年的事。下面分別介紹在消泡劑發(fā)展歷史上有重要地位的羅氏假說(shuō)以及其它幾種消泡劑的作用機(jī)理。
美國(guó)膠體化學(xué)家羅斯（Ross,S.），四十年代初就開(kāi)始研究泡沫問(wèn)題，對(duì)添加了各種表面活性劑的起泡體系，進(jìn)行試驗(yàn)和觀察，尋找消泡劑在起泡液中溶解性與消泡效力的對(duì)應(yīng)關(guān)系。羅斯提出一種假說(shuō)：在溶液中，溶解狀態(tài)的溶質(zhì)是穩(wěn)泡劑；不溶狀態(tài)的溶質(zhì)，當(dāng)浸入系數(shù)與鋪展系數(shù)均為正值時(shí)即是消泡劑。
羅斯認(rèn)為，消泡劑的分子團(tuán)，即一小滴，一接觸泡沫，首先便是浸入，之后在泡沫上擴(kuò)展，局部變薄而破裂。當(dāng)浸入系數(shù)和鋪展系數(shù)均為負(fù)值時(shí)，小滴既不浸入也不擴(kuò)展；當(dāng)浸入系數(shù)大于零，鋪展系數(shù)為負(fù)數(shù)時(shí)小滴成棱鏡狀，不鋪展；只有二者均為正值時(shí)才可能是消泡劑，這種假說(shuō)為消泡劑作用機(jī)理奠定了基礎(chǔ)。
（2）與穩(wěn)泡因素有關(guān)的幾種消泡機(jī)
a、消泡劑可使泡沫液局部表面張力降低，因而導(dǎo)致泡沫破滅
希勒（Shearer,L.T）和艾克斯(Akers,W.W.)在油體系中研究聚硅氧烷油的消泡過(guò)程。他們對(duì)泡沫體系以1/1000秒的速度連續(xù)拍照，照片放大100倍，硅油微粒到達(dá)泡沫表面使泡沫破滅，氣泡合并，氣液迅速分離。研究發(fā)現(xiàn)：低濃度的，表面張力比起泡液低的物質(zhì)，如果與起泡液成為均相，則促進(jìn)起泡；如果呈飽和狀態(tài)，而且被均勻分散在起泡液中，就可能有消泡作用。附著了消泡劑小滴的泡沫能夠迅速破滅，與局部降低表面張力有關(guān)。
日本高野信之提出類似的觀點(diǎn)：在起泡液中分散的消泡劑顆粒，隨著泡沫液變薄，露到表面，因消泡劑表面張力比泡沫液低，該處受到周圍的拉伸、牽引。不斷變薄，最后破滅。
把高級(jí)醇或植物油灑在泡沫上，當(dāng)其附著到泡沫上，即溶入泡沫液，會(huì)顯著降低該處的表面張力。因?yàn)檫@些物質(zhì)一般對(duì)水的溶解度較小，表面張力降低只限于局部，而泡沫周圍的表面張力幾乎沒(méi)有發(fā)生變化。表面張力降低的部分，被強(qiáng)烈地向四周牽引、延展，最后破裂。
b、消泡劑能破壞膜彈性而導(dǎo)致氣泡破滅
穩(wěn)泡因素中談到，因泡膜表面吸附表面活性劑，具有“吉布斯彈性”，當(dāng)受到外部壓力時(shí)有自愈作用。
消泡劑能破壞泡膜的這種彈性。離子型表面活性劑水溶液產(chǎn)生的泡沫，是因?yàn)楸砻婊钚詣┒ㄏ蚺帕行纬呻p電層，借助排斥作用阻礙泡沫合并而使泡沫穩(wěn)定。這種性質(zhì)的泡沫，只需向體系中加入一種離子電荷相反的表面活性劑，甚至本身也是助泡劑，就可降低泡沫穩(wěn)定性。這是因?yàn)閮煞N表面活性劑彼此干擾，妨礙在氣液界面上定向排列，破壞了膜彈性，因而產(chǎn)生消泡作用。
C、消泡劑能促使液膜排液，因而導(dǎo)致氣泡破滅
泡沫液厚泡沫彈性好，自愈效應(yīng)強(qiáng)；泡膜排液速率反映泡沫的穩(wěn)定性。起泡體系的粘度越高，排液速度越低，如蛋白質(zhì)溶液，肽鏈之間能夠形成氫鍵；有些表面活性劑能與水分子形成氫鍵，能減少泡沫中的排液，起到穩(wěn)泡作用。
加入不產(chǎn)生氫鍵的表面活性劑，取代產(chǎn)生氫鍵的表面活性劑，就可以使排液加快。
還有另一方面的因素對(duì)排液速率有影響。即表面活性劑吸附層與泡膜上兩吸附層當(dāng)中的泡膜液之間親和力的強(qiáng)弱。表面活性劑與泡膜液親和性強(qiáng)，泡膜液隨吸附層遷移，泡沫就穩(wěn)定；親和力弱，泡膜液不隨吸附層遷移，泡沫也就不穩(wěn)定。表面活性劑的HLB值反映這種親和性，高HLB的表面活性劑，親水性強(qiáng)，易于使吸附層之間的水隨著遷移，是穩(wěn)泡劑；低HLB值的表面活性劑，親水性弱，不易使吸附層之間的水隨著遷移，往往是消泡劑。親水性弱的低HLB值的表面活性劑取代了親水性強(qiáng)的高HLB值的表面活性劑，能使泡膜吸附層之間的水不隨吸附層遷移，從而促進(jìn)泡膜排液，起到消泡作用
2、破泡劑與抑泡劑的區(qū)別
（1）消泡劑可分為破泡劑和抑泡劑
破泡劑是加到已形成的泡沫中，使泡沫破滅的添加劑。如低級(jí)醇、天然油脂。一般來(lái)說(shuō)，破泡劑都是其分子的親液端與起泡液親和性較強(qiáng)，在起泡液中分散較快的物質(zhì)。這類消泡劑隨著時(shí)間的延續(xù)，迅速降低效率，并且當(dāng)溫度上升時(shí)，因溶解度增加，消泡效率會(huì)下降。
抑泡劑是發(fā)泡前預(yù)先添加而阻止發(fā)泡的添加劑。聚醚及有機(jī)硅等屬于抑泡劑。一般是分子與氣泡液親和性很弱的難溶或不溶的液體。
（2）作用機(jī)理上的區(qū)別
破泡劑的破泡機(jī)理大致有二種。第一，吸附助泡劑，加入電解質(zhì)，瓦解雙電層，及使助泡物被增溶等機(jī)理，這樣就破壞助泡物的穩(wěn)泡作用。在這些過(guò)程中消泡劑發(fā)揮一次消泡作用就被消耗。同時(shí)消耗掉相應(yīng)的助泡物。第二，低級(jí)醇等溶解性較大的消泡劑，加到氣泡液中局部降低表面張力，發(fā)揮破泡作用，同時(shí)本身不斷破為碎塊，陸續(xù)溶解而失去破泡作用。破泡過(guò)程中，破泡劑不斷失效、消耗，而助泡劑卻不受影響
抑泡機(jī)理：一般認(rèn)為抑泡劑分子在氣液界面上優(yōu)先被吸附，它比助泡劑的表面活性更強(qiáng)，更易吸附到泡膜上，但是由于本身不賦予泡膜彈性，所以不具備穩(wěn)泡作用。這樣當(dāng)液體中產(chǎn)生泡沫時(shí)，抑泡劑首先占據(jù)泡膜，抑制了助泡劑的作用，抑制了氣泡。
（3）破泡劑與抑泡劑的相互關(guān)系
溶解度大的破泡劑，消泡作用只發(fā)揮一次；溶解度小的破泡劑，消泡作用可持續(xù)一段時(shí)間。如果溶解度進(jìn)一步降低，即成為抑泡劑。另一方面，破泡劑大量使用，比有抑泡作用，抑泡劑大量使用也比有破泡作用。
3、對(duì)消泡劑的要求
（1）在起泡液中不溶或難溶
為破滅泡沫，消泡劑應(yīng)該在泡膜上濃縮、集中。對(duì)破泡劑的情況，應(yīng)在瞬間濃縮、集中，對(duì)于抑泡的情況應(yīng)經(jīng)常保持在這種狀態(tài)。所以消泡劑在起泡液中是過(guò)飽和狀態(tài)，只有不溶或難溶才易于達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)。不溶或難溶，才易于聚集在氣液界面，才易于濃縮在泡膜上，才能在較低濃度下發(fā)揮作用。用于水體系的消泡劑，活性成分的分子，須為強(qiáng)疏水弱親水，HLB值在1.53范圍，作用才最好。
（2）表面張力低于起泡液
只有消泡劑分子間作用力小，表面張力低于起泡液，消泡劑微粒才能夠在泡膜上浸入及擴(kuò)展。值得注意的是，起泡液的表面張力并非溶液的表面張力，而是助泡溶液的表面張力。
（3）與起泡液有一定程度的親和性
由于消泡過(guò)程實(shí)際上是泡沫崩潰速度與泡沫生成速度的競(jìng)爭(zhēng)，所以消泡劑必須能在起泡液中快速分散，以便迅速在起泡液中較廣泛的范圍內(nèi)發(fā)揮作用。要使消泡劑擴(kuò)散較快，消泡劑活性成分須與起泡液具有一定程度的親和性。消泡劑活性成分與起泡液過(guò)親，會(huì)溶解；過(guò)疏又難于分散。只有親疏適宜，效力才會(huì)好。
（4）與起泡液不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)
消泡劑與起泡液發(fā)生反應(yīng)，一方面消泡劑會(huì)喪失作用，另一方面可能產(chǎn)生有害物質(zhì)，影響微生物的生長(zhǎng)。
（5）揮發(fā)性小，作用時(shí)間長(zhǎng)
4、常用消泡劑的種類和性能
（1）天然油脂
天然油脂是最早用的消泡劑，它來(lái)源容易，價(jià)格低，使用簡(jiǎn)單，一般來(lái)說(shuō)沒(méi)有明顯副作用，如豆油、菜油、魚油等。油脂主要成分是高級(jí)脂肪酸酯和高級(jí)一元醇酯，還有高級(jí)醇、高級(jí)烴等。但油脂如保藏不好，易變質(zhì)，使酸值增高，對(duì)發(fā)酵有毒性。此外，有些油是發(fā)酵產(chǎn)物的前體，如豆油是紅霉素的前體，魚油是螺旋霉素的前體。近年來(lái)出于對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，天然產(chǎn)物消泡劑的地位又有些提高，而且還在研究新的天然消泡劑。
a酒糟榨出液 羅伯茨（Roberts R.T.）在英國(guó)釀造業(yè)研究基金會(huì)資助的試驗(yàn)啤酒廠發(fā)現(xiàn)：全麥芽浸出漿桶中最后倒出的沉積物能破滅泡沫。于是聯(lián)想到，是否可以由制作全麥芽浸出漿以后的酒糟壓榨出有效的消泡劑？經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，由酒糟中壓榨出大約40%液體，在500C真空蒸餾，濃縮19倍，果然得到可用于麥芽汁發(fā)酵過(guò)程的消泡劑。效果很好，沒(méi)有副作用。經(jīng)分析證明，酒糟榨出液中存在C8~C18的全部脂肪酸，存在極性類脂物，尤其是卵磷脂等物，這些物質(zhì)的協(xié)同作用下的消泡作用比這些物質(zhì)單獨(dú)消泡作用強(qiáng)得多。
b啤酒花油 研究年發(fā)現(xiàn)向啤酒添加1~5ppm啤酒花油是減輕氣泡溢出損失的有效措施。緊分析啤酒花油具含有消泡活性的物質(zhì)有：石竹烯、荷蘭芹萜烯、香葉烯和蒎烯等。
（2）聚醚類消泡劑
聚醚類消泡劑種類很多我國(guó)常用的主要是甘油三羥基聚醚。六十年代發(fā)明此類消泡劑，美國(guó)道康寧化學(xué)公司首先投產(chǎn)。它是以甘油為起始劑，由環(huán)氧丙烷，或環(huán)氧乙烷與環(huán)氧丙烷的混合物進(jìn)行加成聚合而制成的。只在甘油分子上加成聚合環(huán)氧丙烷的產(chǎn)物叫聚氧丙烯甘油定名為GP型消泡劑；用于鏈霉素發(fā)酵，代替天然油，加入基礎(chǔ)料，效果很好。在GP型消泡劑的聚丙二醇鏈節(jié)末端再加成環(huán)氧乙烷，成為鏈端是親水基的聚氧乙烯氧丙烯甘油，也叫GPE型消泡劑（泡敵）。按照環(huán)氧乙烷加成量為10%，20%，……50%分別稱為GPE10，GPE20，……GPE50。這類消泡劑稱為“泡敵”。用于四環(huán)素發(fā)酵效果很好，相當(dāng)于豆油的10~20倍。
GP型的消泡劑親水性差，在發(fā)泡介質(zhì)中的溶解度小，所以宜使用在稀薄的發(fā)酵液中。它的抑泡能力比消泡能力優(yōu)越，適宜在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中加入，以抑制整個(gè)發(fā)酵過(guò)程的泡沫產(chǎn)生。
GPE型消泡劑親水性較好，在發(fā)泡介質(zhì)中易鋪展，消泡能力強(qiáng)，但溶解度也較大，消泡活性維持時(shí)間短，因此用在粘稠發(fā)酵液中效果較好。
有一種新的聚醚類消泡劑，在GPE型消泡劑鏈端用疏水基硬脂酸酯封頭，便形成兩端是疏水鏈，當(dāng)中間隔有親水鏈的嵌段共聚物。這種結(jié)構(gòu)的分子易于平臥狀聚集在氣液界面，因而表面活性強(qiáng)，消泡效率高。這類化合物叫GPES型消泡劑。
（3）高碳醇
高碳醇是強(qiáng)疏水弱親水的線型分子，在水體系里是有效的消泡劑。七十年代初前蘇聯(lián)學(xué)者在陰離子、陽(yáng)離子、非離子型表面活性劑的水溶液中試驗(yàn)，提出醇的消泡作用，與其在起泡液中的溶解度及擴(kuò)散程度有關(guān)。C7~C9的醇是最有效的消泡劑。
C12~C22的高碳醇借助適當(dāng)?shù)娜榛瘎┡渲瞥闪６葹?/span>4~9μm，含量為20~50%的水乳液，即是水體系的消泡劑。
還有些成酯，如苯乙醇油酸酯、苯乙酸月桂醇酯等在青霉素發(fā)酵中具有消泡作用，后者還可作為前體。
（4）硅酮類
最常用的是聚二甲基硅氧烷，也稱二甲基硅油。它表面能低，表面張力也較低，在水及一般油中的溶解度低且活性高。它的主鏈為硅氧鍵，為非極性分子。與極性溶劑水不親和，與一般油的親和性也很小。它揮發(fā)性低并具有化學(xué)惰性，比較穩(wěn)定且毒性小。純粹的聚二甲基硅氧烷，不經(jīng)分散處理難以作為消泡劑。可能是由于它與水有高的界面張力，鋪展系數(shù)低，不易分散在發(fā)泡介質(zhì)上。因此將硅油混入SiO2氣溶膠，所構(gòu)成的復(fù)合物，即將疏水處理后的SiO2氣溶膠混入二甲基硅油中，經(jīng)一定溫度、一定時(shí)間處理，就可制得。
也有在硅油和SiO2氣溶膠的復(fù)合物中添加一種或兩種乳化劑，加熱溶勻，與增稠劑水溶液混合后乳化。乳化劑有甘油單硬脂酸酯，聚氧乙烯山梨糖醇單硬脂酸酯（Tween60）、聚氧乙烯山梨糖醇單油酸酯（Tween80）、山梨糖醇單硬脂酸酯（Spen60）、山梨糖醇三硬脂酸酯（Spen65）。增稠劑有羧甲基纖維素鈉鹽。這類消泡劑廣泛用于抗生素發(fā)酵及食品工業(yè)。
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