发酵过程工艺控制精.ppt

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1、发酵过程工艺控制第1页，本讲稿共118页第一章第一章 发酵工程总论发酵工程总论第二章第二章 发酵设备发酵设备第三章第三章 发酵工业原料及其处理发酵工业原料及其处理第四章第四章 发酵灭菌与无菌空气制备发酵灭菌与无菌空气制备第五章第五章 发酵菌种的制备发酵菌种的制备第六章第六章 发酵工业放大发酵工业放大第第七七章章 发酵机制发酵机制第八章第八章 发酵动力学发酵动力学第第九九章章 发酵过程工艺控制发酵过程工艺控制第第十十章章 发酵染菌及防治发酵染菌及防治第第十一十一章章 发酵工业废物、废水处理和资源化技术发酵工业废物、废水处理和资源化技术第十二章第十二章 展望展望发发酵酵工工程程 发酵工程发酵工程第

2、2页，本讲稿共118页第九章第九章 发酵过程工艺控制发酵过程工艺控制1 培养基对发酵的影响培养基对发酵的影响2 氧对发酵的影响氧对发酵的影响3 温度对发酵的影响及控制温度对发酵的影响及控制4 pH对发酵过程的影响及控制对发酵过程的影响及控制5 泡沫对发酵的影响及控制泡沫对发酵的影响及控制6 流加补料的控制流加补料的控制7 co2 浓度浓度和呼吸商和呼吸商8 微生物培养过程的参数检测微生物培养过程的参数检测 发酵染菌及其防治发酵染菌及其防治 第3页，本讲稿共118页学习本章的目的学习本章的目的 微生物发酵的生产水平除取决于生产菌种本身的性微生物发酵的生产水平除取决于生产菌种本身的性能外，还必须予

3、以微生物合适的环境条件才能发挥和表能外，还必须予以微生物合适的环境条件才能发挥和表现出它的优良生产能力。研究和了解与生产菌种相关的现出它的优良生产能力。研究和了解与生产菌种相关的环境条件环境条件，如，如培养基组成、温度、培养基组成、温度、pH、氧的需求、泡、氧的需求、泡沫、发酵过程中补料沫、发酵过程中补料等，可以为掌握等，可以为掌握菌种在发酵过程中的菌种在发酵过程中的代谢变化规律，进行合理的生产工艺控制代谢变化规律，进行合理的生产工艺控制提供理论基础。提供理论基础。第4页，本讲稿共118页本章的重点和难点本章的重点和难点v重点：重点：温度、温度、pH、氧的需求、泡沫、补料对、氧的需求、泡沫、补

4、料对发酵的影响及其调控。发酵的影响及其调控。v难点：难点：影响发酵因素的调控影响发酵因素的调控http:/211.84.144.22/jing/C76/zcr-1.htm第5页，本讲稿共118页9-5 泡沫对发酵的影响及其控制泡沫对发酵的影响及其控制一、泡沫的性质一、泡沫的性质二二、发酵泡沫形成的原因、发酵泡沫形成的原因三、发酵过程中泡沫的变化三、发酵过程中泡沫的变化四、影响泡沫稳定性的因素四、影响泡沫稳定性的因素五、泡沫对发酵的影响五、泡沫对发酵的影响六、发酵过程中泡沫的控制六、发酵过程中泡沫的控制第6页，本讲稿共118页 一一 泡沫的性质泡沫的性质1 1、气、气/泡间液膜的性质泡间液膜的性

5、质2 2、泡沫是热力学不稳定体系、泡沫是热力学不稳定体系3 3、泡沫体系的三阶段变化、泡沫体系的三阶段变化泡沫泡沫是气体被分散是气体被分散在少量液体中在少量液体中的胶体体系，的胶体体系，属于气液非均属于气液非均相体系。相体系。第7页，本讲稿共118页 v气泡大小分布的变化气泡大小分布的变化v气泡液膜变薄气泡液膜变薄v泡沫破灭泡沫破灭3 3、泡沫体系的三阶段变化、泡沫体系的三阶段变化http:/211.84.144.22/jing/C76/zcr-1.htm 一一 泡沫的性质泡沫的性质第8页，本讲稿共118页二二 泡沫形成的原因泡沫形成的原因1 1、气液接触、气液接触 泡沫是气体在液体中的粗分散

6、体，产生泡沫的首要条件是气体泡沫是气体在液体中的粗分散体，产生泡沫的首要条件是气体和液体发生接触。而且只有气体与液体连续、充分地接触才会产和液体发生接触。而且只有气体与液体连续、充分地接触才会产生过量的泡沫。生过量的泡沫。气液接触大致有以下两类情况气液接触大致有以下两类情况：（1）气体从）气体从外部外部进入液体，如搅拌液体时混入气体。进入液体，如搅拌液体时混入气体。（2）气体从）气体从液体内部液体内部产生。气体从液体内部产生时，形成的泡沫一产生。气体从液体内部产生时，形成的泡沫一般气泡较小、较稳定。般气泡较小、较稳定。第9页，本讲稿共118页2 2、含助泡剂、含助泡剂 在未加助泡剂，但并不纯净

7、的水中产生的泡沫，其寿命在在未加助泡剂，但并不纯净的水中产生的泡沫，其寿命在0.5秒之秒之内，只能瞬间存在。摇荡纯溶剂不起泡，如蒸馏水，只有摇荡某种溶内，只能瞬间存在。摇荡纯溶剂不起泡，如蒸馏水，只有摇荡某种溶液才会起泡。液才会起泡。在纯净的气体、纯净的液体之外，必须存在第三种物质，才能产生在纯净的气体、纯净的液体之外，必须存在第三种物质，才能产生气泡。对纯净液体来说，这第三种物质是气泡。对纯净液体来说，这第三种物质是助泡剂助泡剂。当形成气泡时，液体。当形成气泡时，液体中出现气液界面，这些助泡剂就会形成定向吸附层。与液体亲和性弱的一中出现气液界面，这些助泡剂就会形成定向吸附层。与液体亲和性弱的

8、一端朝着气泡内部，与液体亲和性强的一端伸向液相，这样的定向吸附层起端朝着气泡内部，与液体亲和性强的一端伸向液相，这样的定向吸附层起到稳定泡沫的作用。到稳定泡沫的作用。二二 泡沫形成的原因泡沫形成的原因第10页，本讲稿共118页3 3、起泡速度高于破泡速度、起泡速度高于破泡速度 二二 泡沫形成的原因泡沫形成的原因v 起泡起泡的难易，取决于液体的成分及所经受的条件；的难易，取决于液体的成分及所经受的条件；破泡破泡的难易取决于气泡和泡破灭的难易取决于气泡和泡破灭后形成的液滴在表面自由能上的差别；同时还取决于泡沫破裂过程进行得多快这后形成的液滴在表面自由能上的差别；同时还取决于泡沫破裂过程进行得多快这

9、一速度因素。一速度因素。v 高起泡的液体，产生的泡沫不一定稳定。高起泡的液体，产生的泡沫不一定稳定。体系的起泡程度体系的起泡程度是是起泡难易起泡难易和和泡沫稳定泡沫稳定性性两个因素的综合效果：两个因素的综合效果：v（1）泡沫产生速度泡沫产生速度小于小于泡沫破灭速度，则泡沫不断减少，最终呈不起泡状态；泡沫破灭速度，则泡沫不断减少，最终呈不起泡状态；v（2）泡沫产生速度）泡沫产生速度等于等于泡沫破灭速度，则泡沫数量将维持在某一平衡状态；泡沫破灭速度，则泡沫数量将维持在某一平衡状态；v（3）泡沫产生速度）泡沫产生速度高于高于泡沫破灭速度，泡沫量将不断增加。泡沫破灭速度，泡沫量将不断增加。第11页，本

10、讲稿共118页4 4、发酵过程泡沫产生的原因、发酵过程泡沫产生的原因（1）通气搅拌的强烈程度）通气搅拌的强烈程度 通气大、搅拌强烈可使泡沫增多，因此在发酵前期由通气大、搅拌强烈可使泡沫增多，因此在发酵前期由于培养基营养成分消耗少，培养基成分丰富，易起泡。于培养基营养成分消耗少，培养基成分丰富，易起泡。对策：对策：应先开小通气量，再逐步加大。搅拌转速应先开小通气量，再逐步加大。搅拌转速也如此。也可在基础料中加入消泡剂。也如此。也可在基础料中加入消泡剂。二二 泡沫形成的原因泡沫形成的原因第12页，本讲稿共118页4 4、发酵过程泡沫产生的原因、发酵过程泡沫产生的原因二二 泡沫形成的原因泡沫形成的原

11、因（2）培养基配比与原料组成）培养基配比与原料组成 培养基营养丰富，黏度大，产生泡沫多而持久，前期难培养基营养丰富，黏度大，产生泡沫多而持久，前期难易搅拌。易搅拌。例：例：在在 50 L 罐中投料罐中投料 10 L，成分为淀粉水解糖、豆，成分为淀粉水解糖、豆饼水解液、玉米浆等，搅拌饼水解液、玉米浆等，搅拌 90 r/min，通气，泡沫生，通气，泡沫生成量为培养基的成量为培养基的 2 倍。倍。对策：对策：如培养基适当稀一些，接种量大一些，生长速度如培养基适当稀一些，接种量大一些，生长速度快些，前期就容易搅拌。快些，前期就容易搅拌。第13页，本讲稿共118页（3）菌种、种子质量和接种量）菌种、种子

12、质量和接种量 菌种质量好，生长速度快，可溶性氮源较快菌种质量好，生长速度快，可溶性氮源较快被利用，泡沫产生几率也就少。被利用，泡沫产生几率也就少。对策：对策：菌种生长慢的可以加大接种量。菌种生长慢的可以加大接种量。二二 泡沫形成的原因泡沫形成的原因4 4、发酵过程泡沫产生的原因、发酵过程泡沫产生的原因第14页，本讲稿共118页（4）灭菌质量）灭菌质量 培养基灭菌质量不好，糖氮被破坏，抑制微生物生长，培养基灭菌质量不好，糖氮被破坏，抑制微生物生长，使种子菌丝自溶，产生大量泡沫，加消泡剂也无效。使种子菌丝自溶，产生大量泡沫，加消泡剂也无效。对策：对策：严格按照培养基基质特性施行相应的灭菌方法。严格

13、按照培养基基质特性施行相应的灭菌方法。二二 泡沫形成的原因泡沫形成的原因4 4、发酵过程泡沫产生的原因、发酵过程泡沫产生的原因第15页，本讲稿共118页三三 发酵过程中泡沫的变化发酵过程中泡沫的变化 发酵过程中，泡沫的形成有一定的规律性。发酵中起泡的方式发酵过程中，泡沫的形成有一定的规律性。发酵中起泡的方式被认为有五种：被认为有五种：v 整个发酵过程中整个发酵过程中，泡沫保持恒定的水平；，泡沫保持恒定的水平；v 发酵早期发酵早期，起泡后稳定地下降，以后保持恒定；，起泡后稳定地下降，以后保持恒定；v 发酵前期发酵前期，泡沫稍微降低后又开始回升；，泡沫稍微降低后又开始回升；v 发酵开始起泡能力低，

14、以后上升；发酵开始起泡能力低，以后上升；v 以上类型的综合方式。这些方式的出现与基质的种类、通气搅拌强度和以上类型的综合方式。这些方式的出现与基质的种类、通气搅拌强度和灭菌条件等因素有关，其中灭菌条件等因素有关，其中基质中的有机氮源基质中的有机氮源(如黄豆饼粉等如黄豆饼粉等)是起泡的是起泡的主要因素主要因素。第16页，本讲稿共118页 四四 影响泡沫稳定性的因素影响泡沫稳定性的因素 引起危害，需要消除的，只是稳定的泡沫。泡引起危害，需要消除的，只是稳定的泡沫。泡沫的稳定性受液体、气体许多性质的影响。不同介沫的稳定性受液体、气体许多性质的影响。不同介质的泡沫，稳定程度相差很多，影响泡沫稳定性的质

15、的泡沫，稳定程度相差很多，影响泡沫稳定性的因素十分复杂，概括国内外研究者的说法，主要因因素十分复杂，概括国内外研究者的说法，主要因素有：素有：第17页，本讲稿共118页v泡径大小泡径大小v溶液所含助泡物的类型和浓度溶液所含助泡物的类型和浓度v起泡液的粘度起泡液的粘度v其他因素：温度、其他因素：温度、pH、表面张力、培养基、表面张力、培养基的灭菌方法和操作条件、染菌等。的灭菌方法和操作条件、染菌等。四四 影响泡沫稳定性的因素影响泡沫稳定性的因素第18页，本讲稿共118页五五 泡沫对发酵的影响泡沫对发酵的影响1 1、降低生产能力、降低生产能力2 2、引起原料浪费、引起原料浪费3 3、影响菌的呼吸、

16、影响菌的呼吸4 4、引起染菌、引起染菌http:/211.84.144.22/jing/C76/zcr-1.htm5 5、加入消泡剂后会使下游工程的分、加入消泡剂后会使下游工程的分离困难离困难第19页，本讲稿共118页六六 发酵过程中泡沫的控制发酵过程中泡沫的控制发酵工业消泡法发酵工业消泡法化学消泡法化学消泡法机械消泡法机械消泡法罐内消泡罐内消泡 罐外消泡罐外消泡第20页，本讲稿共118页六六 发酵过程中泡沫的控制发酵过程中泡沫的控制机械消泡法机械消泡法罐内消泡罐内消泡 罐外消泡罐外消泡(一）机械消泡一）机械消泡耙式消泡桨耙式消泡桨旋转圆板式旋转圆板式气流吸入式气流吸入式流体吹入式流体吹入式冲

17、击反射板式冲击反射板式碟式碟式超声波的超声波的旋转叶片式旋转叶片式喷雾式喷雾式离心力式离心力式转向板式转向板式 第21页，本讲稿共118页（1）罗氏假说）罗氏假说1941年哈金斯（年哈金斯（Harkinss W.D）曾提出铺展系数）曾提出铺展系数S的概念，的概念，即：即：S=FFAAF起泡介质的表面张力起泡介质的表面张力FA消泡剂与起泡介质的界面张力消泡剂与起泡介质的界面张力A消泡剂的表面张力消泡剂的表面张力以铺展系数以铺展系数S值的正负判断消泡剂是否能够在泡沫上扩展。值的正负判断消泡剂是否能够在泡沫上扩展。AFAF1 1、泡沫形成假说、泡沫形成假说第22页，本讲稿共118页 1948年鲁宾逊

18、（年鲁宾逊（Robinson,J.V）和伍兹）和伍兹（Words,W.W）提出了浸入系数）提出了浸入系数E的概念，即的概念，即E=以浸入系数以浸入系数E值的正负判断消泡剂能否进入泡沫表面。值的正负判断消泡剂能否进入泡沫表面。AFAF第23页，本讲稿共118页 美国胶体化学家罗斯（美国胶体化学家罗斯（Ross,S.），四十年代初就开始研），四十年代初就开始研究泡沫问题，对添加了各种表面活性剂的起泡体系，进行试究泡沫问题，对添加了各种表面活性剂的起泡体系，进行试验和观察，寻找消泡剂在起泡液中溶解性与消泡效力的对应验和观察，寻找消泡剂在起泡液中溶解性与消泡效力的对应关系。关系。罗斯提出一种假说罗斯提

19、出一种假说：在溶液中，溶解状态的溶质是稳泡剂；在溶液中，溶解状态的溶质是稳泡剂；不溶状态的溶质，当浸入系数与铺展系数均为正值时即是消不溶状态的溶质，当浸入系数与铺展系数均为正值时即是消泡剂。泡剂。罗斯认为，消泡剂的分子团，即一小滴，一接触泡沫，首罗斯认为，消泡剂的分子团，即一小滴，一接触泡沫，首先便是浸入，之后在泡沫上扩展，局部变薄而破裂。当浸入先便是浸入，之后在泡沫上扩展，局部变薄而破裂。当浸入系数和铺展系数均为负值时，小滴既不浸入也不扩展；当浸系数和铺展系数均为负值时，小滴既不浸入也不扩展；当浸入系数大于零，铺展系数为负数时小滴成棱镜状，不铺展；入系数大于零，铺展系数为负数时小滴成棱镜状，

20、不铺展；只有二者均为正值时才可能是消泡剂，只有二者均为正值时才可能是消泡剂，这种假说为消泡剂作这种假说为消泡剂作用机理奠定了基础。用机理奠定了基础。第24页，本讲稿共118页b、消泡剂能破坏膜弹性而导致气泡破灭、消泡剂能破坏膜弹性而导致气泡破灭C、消泡剂能促使液膜排液，因而导致气泡破灭、消泡剂能促使液膜排液，因而导致气泡破灭（2）与稳泡因素有关的几种消泡机理）与稳泡因素有关的几种消泡机理a、消泡剂可使泡沫液局部表面张力降低，因而导致、消泡剂可使泡沫液局部表面张力降低，因而导致泡沫破灭泡沫破灭第25页，本讲稿共118页（2）与稳泡因素有关的几种消泡机理）与稳泡因素有关的几种消泡机理a、消泡剂可使

21、泡沫液局部表面张力降低，因而导致泡沫破、消泡剂可使泡沫液局部表面张力降低，因而导致泡沫破灭灭希勒（希勒（Shearer,L.T）和艾克斯）和艾克斯(Akers,W.W.)在油体系中在油体系中研究聚硅氧烷油的消泡过程。他们对泡沫体系以研究聚硅氧烷油的消泡过程。他们对泡沫体系以1/1000秒秒的速度连续拍照，照片放大的速度连续拍照，照片放大100倍倍第26页，本讲稿共118页 由图可以看出，硅油微粒到达泡沫表面由图可以看出，硅油微粒到达泡沫表面使泡沫破灭，气泡合并，气液迅速分离。研使泡沫破灭，气泡合并，气液迅速分离。研究发现：低浓度的，表面张力比起泡液低的究发现：低浓度的，表面张力比起泡液低的物质

22、，如果与起泡液成为均相，则促进起泡；物质，如果与起泡液成为均相，则促进起泡；如果呈饱和状态，而且被均匀分散在起泡液如果呈饱和状态，而且被均匀分散在起泡液中，就可能有消泡作用。附着了消泡剂小滴中，就可能有消泡作用。附着了消泡剂小滴的泡沫能够迅速破灭，与局部降低表面张力的泡沫能够迅速破灭，与局部降低表面张力有关。有关。第27页，本讲稿共118页日本高野信之提出类似的观点：在起泡液中分散的消泡日本高野信之提出类似的观点：在起泡液中分散的消泡剂颗粒，随着泡沫液变薄，露到表面，因消泡剂表面张剂颗粒，随着泡沫液变薄，露到表面，因消泡剂表面张力比泡沫液低，该处受到周围的拉伸、牵引。不断变薄，力比泡沫液低，该

23、处受到周围的拉伸、牵引。不断变薄，最后破灭。最后破灭。把高级醇或植物油洒在泡沫上，当其附着到泡沫上，即溶入泡沫液，把高级醇或植物油洒在泡沫上，当其附着到泡沫上，即溶入泡沫液，会显著降低该处的表面张力。因为这些物质一般对水的溶解度较小，会显著降低该处的表面张力。因为这些物质一般对水的溶解度较小，表面张力降低只限于局部，而泡沫周围的表面张力几乎没有发生变化。表面张力降低只限于局部，而泡沫周围的表面张力几乎没有发生变化。表面张力降低的部分，被强烈地向四周牵引、延展，最后破裂。表面张力降低的部分，被强烈地向四周牵引、延展，最后破裂。第28页，本讲稿共118页2 2、破泡剂与抑泡剂的区别、破泡剂与抑泡剂

24、的区别（1）消泡剂可分为破泡剂和抑泡剂）消泡剂可分为破泡剂和抑泡剂 v 破泡剂破泡剂是加到已形成的泡沫中，使泡沫破灭的添加剂。如低是加到已形成的泡沫中，使泡沫破灭的添加剂。如低级醇、天然油脂。一般来说，破泡剂都是其分子的亲液端与起泡级醇、天然油脂。一般来说，破泡剂都是其分子的亲液端与起泡液亲和性较强，在起泡液中分散较快的物质。这类消泡剂随着时液亲和性较强，在起泡液中分散较快的物质。这类消泡剂随着时间的延续，迅速降低效率，并且当温度上升时，因溶解度增加，间的延续，迅速降低效率，并且当温度上升时，因溶解度增加，消泡效率会下降。消泡效率会下降。v 抑泡剂抑泡剂是发泡前预先添加而阻止发泡的添加剂。聚醚

25、及有是发泡前预先添加而阻止发泡的添加剂。聚醚及有机硅等属于抑泡剂。一般是分子与气泡液亲和性很弱的难溶机硅等属于抑泡剂。一般是分子与气泡液亲和性很弱的难溶或不溶的液体或不溶的液体 第29页，本讲稿共118页（2）作用机理上的区别）作用机理上的区别 破泡剂的破泡机理破泡剂的破泡机理大致有二种。大致有二种。2 2、破泡剂与抑泡剂的区别、破泡剂与抑泡剂的区别vONE，吸附助泡剂，加入电解质，瓦解双电层，及使助泡物被增溶等，吸附助泡剂，加入电解质，瓦解双电层，及使助泡物被增溶等机理，这样就破坏助泡物的稳泡作用。在这些过程中消泡剂发挥一次机理，这样就破坏助泡物的稳泡作用。在这些过程中消泡剂发挥一次消泡作用

26、就被消耗。同时消耗掉相应的助泡物。消泡作用就被消耗。同时消耗掉相应的助泡物。vTWO，低级醇等溶解性较大的消泡剂，加到气泡液中局部降低表面张力，低级醇等溶解性较大的消泡剂，加到气泡液中局部降低表面张力，发挥破泡作用，同时本身不断破为碎块，陆续溶解而失去破泡作用。破发挥破泡作用，同时本身不断破为碎块，陆续溶解而失去破泡作用。破泡过程中，破泡剂不断失效、消耗，而助泡剂却不受影响泡过程中，破泡剂不断失效、消耗，而助泡剂却不受影响 第30页，本讲稿共118页抑泡机理抑泡机理：一般认为抑泡剂分子在气液界面上优：一般认为抑泡剂分子在气液界面上优先被吸附，它比助泡剂的表面活性更强，更易吸先被吸附，它比助泡剂

27、的表面活性更强，更易吸附到泡膜上，但是由于本身不赋予泡膜弹性，所附到泡膜上，但是由于本身不赋予泡膜弹性，所以不具备稳泡作用。这样当液体中产生泡沫时，以不具备稳泡作用。这样当液体中产生泡沫时，抑泡剂首先占据泡膜，抑制了助泡剂的作用，抑抑泡剂首先占据泡膜，抑制了助泡剂的作用，抑制了气泡。制了气泡。2 2、破泡剂与抑泡剂的区别、破泡剂与抑泡剂的区别（2）作用机理上的区别）作用机理上的区别第31页，本讲稿共118页 溶解度大的破泡剂，消泡作用只发挥一次；溶解度小溶解度大的破泡剂，消泡作用只发挥一次；溶解度小的破泡剂，消泡作用可持续一段时间。如果溶解度进一步的破泡剂，消泡作用可持续一段时间。如果溶解度进

28、一步降低，即成为抑泡剂。另一方面，破泡剂大量使用，比有降低，即成为抑泡剂。另一方面，破泡剂大量使用，比有抑泡作用，抑泡剂大量使用也比有破泡作用。抑泡作用，抑泡剂大量使用也比有破泡作用。2 2、破泡剂与抑泡剂的区别、破泡剂与抑泡剂的区别（3）破泡剂与抑泡剂的相互关系）破泡剂与抑泡剂的相互关系第32页，本讲稿共118页vA)消泡剂必须是表面活性剂，且具有较低的表面张力，消泡剂必须是表面活性剂，且具有较低的表面张力，消泡作用迅速，效率高；消泡作用迅速，效率高；vB)消泡剂在气消泡剂在气-液界面有足够大的散布系数，才能迅速发液界面有足够大的散布系数，才能迅速发挥其消泡活性，这就要求消泡剂有一定的亲水性

29、；挥其消泡活性，这就要求消泡剂有一定的亲水性；vC)消泡剂在水中的溶解度较小，以保持其持久的消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，并防止形成新的泡沫；泡或抑泡性能，并防止形成新的泡沫；3 3、对消泡剂的要求、对消泡剂的要求第33页，本讲稿共118页vD)对微生物和发酵过程无毒，对人、畜无害，不被微对微生物和发酵过程无毒，对人、畜无害，不被微生物同化，对菌体的生长和代谢无影响，对产物提取和生物同化，对菌体的生长和代谢无影响，对产物提取和产品质量无影响；产品质量无影响；vE)不干扰溶解氧、不干扰溶解氧、pH 等测定仪表使用，不影响氧的传等测定仪表使用，不影响氧的传递；递；vF)

30、消泡剂来源方便，价格便宜，不会在使用和运输中引起消泡剂来源方便，价格便宜，不会在使用和运输中引起任何危害；任何危害；vG)能耐受高温灭菌。能耐受高温灭菌。3 3、对消泡剂的要求、对消泡剂的要求第34页，本讲稿共118页 发酵工业常用的消泡剂主要有天然发酵工业常用的消泡剂主要有天然油脂类，高碳醇、脂肪酸和酪类，聚醚油脂类，高碳醇、脂肪酸和酪类，聚醚类，硅酮类类，硅酮类(聚硅油聚硅油)等四类，以天然油等四类，以天然油脂类和聚醚类最为常用。脂类和聚醚类最为常用。4 4、常用消泡剂的种类和性能、常用消泡剂的种类和性能第35页，本讲稿共118页4 4、常用消泡剂的种类和性能、常用消泡剂的种类和性能（1）

31、天然油脂）天然油脂 天然油脂是最早用的消泡剂天然油脂是最早用的消泡剂，它来源容易，价格低，使用简，它来源容易，价格低，使用简单，一般来说没有明显副作用，如豆油、菜油、鱼油等。油脂主单，一般来说没有明显副作用，如豆油、菜油、鱼油等。油脂主要成分是高级脂肪酸酯和高级一元醇酯，还有高级醇、高级烃等。要成分是高级脂肪酸酯和高级一元醇酯，还有高级醇、高级烃等。但油脂如保藏不好，易变质，使酸值增高，对发酵有毒性。此外，但油脂如保藏不好，易变质，使酸值增高，对发酵有毒性。此外，有些油是发酵产物的前体，如豆油是红霉素的前体，鱼油是螺旋有些油是发酵产物的前体，如豆油是红霉素的前体，鱼油是螺旋霉素的前体。霉素的前

32、体。近年来出于对环境保护的重视，天然产物消泡剂的地位又有些提近年来出于对环境保护的重视，天然产物消泡剂的地位又有些提高，而且还在研究新的天然消泡剂高，而且还在研究新的天然消泡剂。第36页，本讲稿共118页例：例：A 酒糟榨出液酒糟榨出液 罗伯茨（罗伯茨（Roberts R.T.）在英国酿造业研究基金会资）在英国酿造业研究基金会资助的试验啤酒厂发现：全麦芽浸出浆桶中最后倒出的沉积物能破灭泡助的试验啤酒厂发现：全麦芽浸出浆桶中最后倒出的沉积物能破灭泡沫。于是联想到，是否可以由制作全麦芽浸出浆以后的酒糟压榨出有沫。于是联想到，是否可以由制作全麦芽浸出浆以后的酒糟压榨出有效的消泡剂？经过试验，由酒糟中

33、压榨出大约效的消泡剂？经过试验，由酒糟中压榨出大约40%液体，在液体，在50真空真空蒸馏，浓缩蒸馏，浓缩19倍，果然得到可用于麦芽汁发酵过程的消泡剂。效果很倍，果然得到可用于麦芽汁发酵过程的消泡剂。效果很好，没有副作用。经分析证明，酒糟榨出液中存在好，没有副作用。经分析证明，酒糟榨出液中存在C8C18的全部脂的全部脂肪酸，存在极性类脂物，尤其是卵磷脂等物，这些物质的协同作用下肪酸，存在极性类脂物，尤其是卵磷脂等物，这些物质的协同作用下的消泡作用比这些物质单独消泡作用强得多。的消泡作用比这些物质单独消泡作用强得多。B 啤酒花油啤酒花油 研究年发现向啤酒添加研究年发现向啤酒添加15ppm啤酒花油是

34、减轻气泡溢出损失啤酒花油是减轻气泡溢出损失的有效措施。经分析啤酒花油具含有消泡活性的物质有：石竹烯、荷兰芹萜的有效措施。经分析啤酒花油具含有消泡活性的物质有：石竹烯、荷兰芹萜烯、香叶烯和蒎烯等。烯、香叶烯和蒎烯等。第37页，本讲稿共118页（2）聚醚类消泡剂）聚醚类消泡剂 聚醚类消泡剂种类很多，聚醚类消泡剂种类很多，我国常用的主要是甘油三羟基聚醚我国常用的主要是甘油三羟基聚醚。六。六十年代发明此类消泡剂，美国道康宁化学公司首先投产。它是以甘油为起十年代发明此类消泡剂，美国道康宁化学公司首先投产。它是以甘油为起始剂，由环氧丙烷，或环氧乙烷与环氧丙烷的混合物进行加成聚合而制成始剂，由环氧丙烷，或环

35、氧乙烷与环氧丙烷的混合物进行加成聚合而制成的。只在甘油分子上加成聚合环氧丙烷的产物叫聚氧丙烯甘油定名为的。只在甘油分子上加成聚合环氧丙烷的产物叫聚氧丙烯甘油定名为GP型型消泡剂；用于链霉素发酵，代替天然油，加入基础料，效果很好。在消泡剂；用于链霉素发酵，代替天然油，加入基础料，效果很好。在GP型型消泡剂的聚丙二醇链节末端再加成环氧乙烷，成为链端是亲水基的聚氧乙消泡剂的聚丙二醇链节末端再加成环氧乙烷，成为链端是亲水基的聚氧乙烯氧丙烯甘油，也叫烯氧丙烯甘油，也叫GPE型消泡剂（泡敌）。按照环氧乙烷加成量为型消泡剂（泡敌）。按照环氧乙烷加成量为10%，20%，50%分别称为分别称为GPE10，GPE

36、20，GPE50。这类消泡剂称为这类消泡剂称为“泡敌泡敌”。用于四环素发酵效果很好，相当于豆油的用于四环素发酵效果很好，相当于豆油的1020倍倍。4 4、常用消泡剂的种类和性能、常用消泡剂的种类和性能第38页，本讲稿共118页 GP型的消泡剂亲水性差，在发泡介质中的溶解度小，所以宜使用型的消泡剂亲水性差，在发泡介质中的溶解度小，所以宜使用在稀薄的发酵液中。它的抑泡能力比消泡能力优越，适宜在基础培养在稀薄的发酵液中。它的抑泡能力比消泡能力优越，适宜在基础培养基中加入，以抑制整个发酵过程的泡沫产生。基中加入，以抑制整个发酵过程的泡沫产生。GPE型消泡剂亲水性较好，在发泡介质中易铺展，消泡能型消泡剂

37、亲水性较好，在发泡介质中易铺展，消泡能力强，但溶解度也较大，消泡活性维持时间短，因此用在粘力强，但溶解度也较大，消泡活性维持时间短，因此用在粘稠发酵液中效果较好。稠发酵液中效果较好。有一种新的聚醚类消泡剂，在有一种新的聚醚类消泡剂，在GPE型消泡剂链端用疏水基硬型消泡剂链端用疏水基硬脂酸酯封头，便形成两端是疏水链，当中间隔有亲水链的嵌段脂酸酯封头，便形成两端是疏水链，当中间隔有亲水链的嵌段共聚物。这种结构的分子易于平卧状聚集在气液界面，因而表共聚物。这种结构的分子易于平卧状聚集在气液界面，因而表面活性强，消泡效率高。这类化合物叫面活性强，消泡效率高。这类化合物叫GPES型消泡剂。型消泡剂。第3

38、9页，本讲稿共118页（3）高碳醇）高碳醇 高碳醇是强疏水弱亲水的线型分子，在水体系里是有效的高碳醇是强疏水弱亲水的线型分子，在水体系里是有效的消泡剂。消泡剂。70年代初前苏联学者在阴离子、阳离子、非离子型表年代初前苏联学者在阴离子、阳离子、非离子型表面活性剂的水溶液中试验，提出醇的消泡作用，与其在起泡液面活性剂的水溶液中试验，提出醇的消泡作用，与其在起泡液中的溶解度及扩散程度有关。中的溶解度及扩散程度有关。C7C9的醇是最有效的消泡剂的醇是最有效的消泡剂。C12C22的高碳醇借助适当的乳化剂配制成粒度为的高碳醇借助适当的乳化剂配制成粒度为49m，含量为，含量为2050%的水乳液，即是水体系的

39、消泡剂。的水乳液，即是水体系的消泡剂。还有些成酯，如苯乙醇油酸酯、苯乙酸月桂醇酯等还有些成酯，如苯乙醇油酸酯、苯乙酸月桂醇酯等在青霉在青霉素发酵中具有消泡作用，后者还可作为前体素发酵中具有消泡作用，后者还可作为前体。4 4、常用消泡剂的种类和性能、常用消泡剂的种类和性能第40页，本讲稿共118页（4）硅酮类）硅酮类 最常用的是聚二甲基硅氧烷，也称二甲基硅油最常用的是聚二甲基硅氧烷，也称二甲基硅油。它表面能低，表。它表面能低，表面张力也较低，在水及一般油中的溶解度低且活性高。它的主链为硅氧面张力也较低，在水及一般油中的溶解度低且活性高。它的主链为硅氧键，为非极性分子。与极性溶剂水不亲和，与一般油

40、的亲和性也很小。键，为非极性分子。与极性溶剂水不亲和，与一般油的亲和性也很小。它挥发性低并具有化学惰性，比较稳定且毒性小。它挥发性低并具有化学惰性，比较稳定且毒性小。纯粹的聚二甲基硅氧纯粹的聚二甲基硅氧烷，不经分散处理难以作为消泡剂烷，不经分散处理难以作为消泡剂。可能是由于它与水有高的界面张力，。可能是由于它与水有高的界面张力，铺展系数低，不易分散在发泡介质上。因此将硅油混入铺展系数低，不易分散在发泡介质上。因此将硅油混入SiO2气溶胶，气溶胶，所构成的复合物，即将疏水处理后的所构成的复合物，即将疏水处理后的SiO2气溶胶混入二甲基硅油中，气溶胶混入二甲基硅油中，经一定温度、一定时间处理，就可

41、制得。经一定温度、一定时间处理，就可制得。4 4、常用消泡剂的种类和性能、常用消泡剂的种类和性能第41页，本讲稿共118页 也有在硅油和也有在硅油和SiO2气溶胶的复合物中添加一种或两种乳气溶胶的复合物中添加一种或两种乳化剂，加热溶匀，与增稠剂水溶液混合后乳化。乳化剂有甘油化剂，加热溶匀，与增稠剂水溶液混合后乳化。乳化剂有甘油单硬脂酸酯，聚氧乙烯山梨糖醇单硬脂酸酯（单硬脂酸酯，聚氧乙烯山梨糖醇单硬脂酸酯（Tween60）、聚）、聚氧乙烯山梨糖醇单油酸酯（氧乙烯山梨糖醇单油酸酯（Tween80）、山梨糖醇单硬脂酸酯）、山梨糖醇单硬脂酸酯（Spen60）、山梨糖醇三硬脂酸酯（）、山梨糖醇三硬脂酸酯

42、（Spen65）。增稠剂有羧）。增稠剂有羧甲基纤维素钠盐。这类消泡剂广泛用于抗生素发酵及食品工业。甲基纤维素钠盐。这类消泡剂广泛用于抗生素发酵及食品工业。值得注意的是：值得注意的是：消泡剂有选择性消泡剂有选择性。消泡剂用多了有毒性，消泡剂用多了有毒性，而且还影响通气和气体分散，因此要少量地加。而且还影响通气和气体分散，因此要少量地加。4 4、常用消泡剂的种类和性能、常用消泡剂的种类和性能第42页，本讲稿共118页9-5 小小 结结泡沫的性质：泡沫的性质：气气/泡间液膜的性质泡间液膜的性质泡沫是热力学不稳定体系，泡沫体泡沫是热力学不稳定体系，泡沫体系的三阶段变化。系的三阶段变化。发酵泡沫形成的原

43、因：发酵泡沫形成的原因：气液接触、含助泡剂、搅拌、培养基质、菌种、气液接触、含助泡剂、搅拌、培养基质、菌种、种子质量、接种量、灭菌等。种子质量、接种量、灭菌等。发酵过程中泡沫的变化发酵过程中泡沫的变化影响泡沫稳定性的因素：影响泡沫稳定性的因素：泡径大小，溶液所含助泡物的类型和浓度，泡径大小，溶液所含助泡物的类型和浓度，起泡液的粘度，温度、起泡液的粘度，温度、pH、表面张力、培养基的灭菌方法和操作条件、表面张力、培养基的灭菌方法和操作条件、染菌等。染菌等。泡沫对发酵的影响：泡沫对发酵的影响：发酵过程中泡沫的控制：发酵过程中泡沫的控制：第43页，本讲稿共118页1.泡沫对发酵有哪些有益之处，哪些有

44、害之处？泡沫对发酵有哪些有益之处，哪些有害之处？2.发酵中泡沫形成的原因是什么？发酵中泡沫形成的原因是什么？3.没有外界作用力泡沫是否稳定？在什么条件下没有外界作用力泡沫是否稳定？在什么条件下 泡沫会稳泡沫会稳定？定？4.对于黏稠的发酵液应选怎样的消泡剂，对于较稀的发酵液对于黏稠的发酵液应选怎样的消泡剂，对于较稀的发酵液应选怎样的消泡剂？应选怎样的消泡剂？5.常用的消泡剂有哪几类？对消泡剂有哪些要求？常用的消泡剂有哪几类？对消泡剂有哪些要求？9-5 思考题思考题第44页，本讲稿共118页第45页，本讲稿共118页第九章第九章 发酵过程工艺控制发酵过程工艺控制1 培养基对发酵的影响培养基对发酵的

45、影响2 氧对发酵的影响氧对发酵的影响3 温度对发酵的影响及控制温度对发酵的影响及控制4 pH对发酵过程的影响及控制对发酵过程的影响及控制5 泡沫对发酵的影响及控制泡沫对发酵的影响及控制6 流加补料的控制流加补料的控制7 co2 浓度浓度和呼吸商和呼吸商8 微生物培养过程的参数检测微生物培养过程的参数检测 发酵染菌及其防治发酵染菌及其防治 第46页，本讲稿共118页9-6 流加补料的控制流加补料的控制v补料的内容和原则补料的内容和原则v补糖的控制补糖的控制v补充氮源及无机盐补充氮源及无机盐http:/211.84.144.22/jing/C76/zcr-1.htm第47页，本讲稿共118页一、补

46、料的必要性一、补料的必要性v 在分批发酵期间，当基质过量时，菌体的比生长速率与营养物质的浓在分批发酵期间，当基质过量时，菌体的比生长速率与营养物质的浓度无关，但生长速率是基质浓度的函数。当基质浓度较低时，菌体生长度无关，但生长速率是基质浓度的函数。当基质浓度较低时，菌体生长速率随着基质浓度的增加而增加，但当基质浓度达到一定程度时会产生速率随着基质浓度的增加而增加，但当基质浓度达到一定程度时会产生抑制，甚至酶抑制，甚至酶“中毒中毒”。由于诱导和阻遏机制而导致反应迟缓，出现滞。由于诱导和阻遏机制而导致反应迟缓，出现滞后现象。后现象。v 对产物的形成来说也是如此，当培养基过于丰富，有时会使菌对产物的

47、形成来说也是如此，当培养基过于丰富，有时会使菌体生长过盛，发酵液黏稠，传质效果很差，菌体细胞不得不花费体生长过盛，发酵液黏稠，传质效果很差，菌体细胞不得不花费较多能量来维持其生存环境，使用于非生产的能量大大增加。因较多能量来维持其生存环境，使用于非生产的能量大大增加。因此，必须控制基质浓度，使菌体细胞达到一定水平后再逐步加入此，必须控制基质浓度，使菌体细胞达到一定水平后再逐步加入营养物质供合成产物用。营养物质供合成产物用。第48页，本讲稿共118页一、补料的必要性一、补料的必要性 为了解除基质过浓的抑制、产物反馈抑制和为了解除基质过浓的抑制、产物反馈抑制和葡萄糖分解阻遏效应，以及避免在分批发酵

48、中因葡萄糖分解阻遏效应，以及避免在分批发酵中因一次性投糖过多造成细胞大量生长，耗氧过多而一次性投糖过多造成细胞大量生长，耗氧过多而供氧不足的状况，采用中间补料的培养方法是较供氧不足的状况，采用中间补料的培养方法是较为有效的。为有效的。第49页，本讲稿共118页二、补料发酵工艺的优点二、补料发酵工艺的优点v（一）与传统的分批培养相比有以下优点（一）与传统的分批培养相比有以下优点:v1）可以解除底物抑制、产物反馈抑制和分解代谢物的阻遏）可以解除底物抑制、产物反馈抑制和分解代谢物的阻遏;v2）可以避免在分批发酵中因一次投料过多造成细胞大量生长）可以避免在分批发酵中因一次投料过多造成细胞大量生长所引起

49、的发酵液流变学性质的改变所引起的发酵液流变学性质的改变;v3）可用作控制细胞质量的手段，以提高发芽孢子的比例）可用作控制细胞质量的手段，以提高发芽孢子的比例;v4）可作为理论研究的手段，为自动控制和最优化控制提供实验基础。）可作为理论研究的手段，为自动控制和最优化控制提供实验基础。第50页，本讲稿共118页二、补料发酵工艺的优点二、补料发酵工艺的优点v（二）同连续培养相比（二）同连续培养相比 它不需要严格的无菌条件，产生菌也不会产生它不需要严格的无菌条件，产生菌也不会产生老化和变异问题，使用范围广泛等。在酶制剂、老化和变异问题，使用范围广泛等。在酶制剂、抗生素、激素类药物、氨基酸、微生物等发酵

50、产抗生素、激素类药物、氨基酸、微生物等发酵产品的生产中广泛使用补料发酵工艺。品的生产中广泛使用补料发酵工艺。第51页，本讲稿共118页三、补料的内容和原则三、补料的内容和原则 1补料的内容补料的内容v补料补料，是指在发酵过程，是指在发酵过程中补充某些营养物质以中补充某些营养物质以维持菌体的生理代谢活维持菌体的生理代谢活动和合成的需要。动和合成的需要。第52页，本讲稿共118页三、补料的内容和原则三、补料的内容和原则 补料的内容补料的内容大致可分为以下四个方面大致可分为以下四个方面:v1）补充微生物所需要的能源和碳源，如在发酵液中添加葡萄糖、饴糖、液化淀粉。）补充微生物所需要的能源和碳源，如在发