Зачем нужен пеногаситель в процессе ферментации?
Ферментационная инженерия - это вид инженерии, который использует современные технологии, ферментирует с помощью функциональных процессов микроорганизмов, а затем производит продукты, удовлетворяющие потребности человека. Ферментационная инженерия широко используется в различных областях, таких как фармацевтическое производство, пищевая промышленность и переработка отходов, способствуя развитию биотехнологической отрасли. Например, производство антибиотиков в значительной степени зависит от технологии ферментации. Когда биоинженерная ферментация сопровождается образованием пены, для ее устранения можно использовать пеногаситель. Зачем добавлять пеногаситель? В чем причина образования пены? Каковы методы и принципы пеногашения?
В процессе брожения в ферментационном резервуаре из-за аэрации и перемешивания, выработки метаболического газа и присутствия белка, масла, жирной кислоты и других поверхностно-активных веществ жидкость для брожения будет образовывать определенное количество пены. Небольшое количество пены - нормальное явление, которое также может увеличить площадь контакта газа и жидкости и повысить скорость переноса кислорода. Однако большое количество пены приведет к ряду последствий для аэробной ферментации. Производство пены - сложный процесс, включающий комплексное воздействие многих факторов. Пена в процессе ферментации может быть эффективно контролирована и использована путем разумного управления и регулировки параметров процесса.
1. Причины образования пены во время ферментации
(1) Образование пены связано с интенсивностью аэрации и перемешивания. Пена увеличивается с увеличением объема воздуха и скорости перемешивания, поэтому, если пены слишком много, объем воздуха и скорость перемешивания можно уменьшить.
(2) Соотношение среды и состав сырья: при высоком содержании питательных веществ в среде, особенно при высоком содержании белка, образуется больше пены. В то же время вязкость и концентрация среды также влияют на стабильность и количество пены. Сахар обладает слабой пенообразующей способностью, но он может увеличить вязкость культуральной среды и сохранить стабильность пены.
(3) Состояние роста бактерий: когда бактерии активно растут, они производят больше пены. В процессе ферментации, когда питательная матрица расходуется, количество пены может уменьшаться до тех пор, пока клетка не растворится и не выделит больше белка, после чего пена снова увеличится.
(4) Метод стерилизации, температура и время обработки культуральной среды: Эти факторы могут влиять на свойства культуральной среды, косвенно влияя на ее способность к пенообразованию.
2. Опасности, связанные с пеной во время ферментации
(1) Снижение производительности: Чтобы удержать пену и предотвратить переполнение ферментационной емкости, объем загрузки будет намеренно снижен, что повлияет на производительность.
(2) Отходы сырья: как только объем оборудования не сможет вместить избыток пены, пена перельется через край, что приведет к потере сырья и отходам.
(3) Загрязнение: Если пена увеличивается и жидкость вытекает, среда застревает в выхлопной трубе, вызывая рост различных бактерий, которые прорастают в бродильную емкость и вызывают загрязнение.
(4) Влияние на дыхание бактерий: Если пузырьки слишком стабильны и не лопаются, то при дыхании микроорганизмов они наполняются углекислым газом и не могут обмениваться с кислородом воздуха, что в конечном итоге влияет на дыхание бактерий.
3. Выбор типов пеногасителей
Принцип пеногашения: когда на поверхности пены находится полярное ПАВ, образующее двойной электрический слой, можно добавить другое ПАВ с противоположным зарядом, чтобы уменьшить его механическую прочность, или добавить некоторые вещества с сильной полярностью, чтобы конкурировать с пенообразующим веществом за место на жидкой пленке, и уменьшить механическую прочность жидкой пленки, способствуя тем самым разрыву пены. Когда жидкая пленка пены имеет большую поверхностную вязкость, некоторые вещества с малой молекулярной когезией могут быть добавлены для уменьшения поверхностной вязкости жидкой пленки, чтобы способствовать потере жидкости из жидкой пленки и разрушению пены.
Свойства пеногасителя: Хороший пеногаситель может обладать обоими вышеперечисленными свойствами, а именно, 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, он должен обладать низким поверхностным натяжением и растворимостью в воде. Однако если пеногаситель используется неправильно, он вмешивается в метаболизм микроорганизмов и влияет на биосинтез.
Типы пеногасителей: Обычно пеногасители, используемые в ферментационной промышленности, включают натуральные масла, полиэфиры, силиконы и высшие спирты. Существует также пеногаситель-антипена, модифицированный полиэфиром и полисилоксаном, который сочетает в себе преимущества полиэфира и кремнийорганического пеногасителя, что делает его нетоксичным и безвредным.
