楊艷

摘要：生物發(fā)酵過程中會產(chǎn)生發(fā)泡沫，這些發(fā)酵泡沫會對生物發(fā)酵過程產(chǎn)生不利影響甚至造成經(jīng)濟損失。為此，怎樣消除泡沫是當前生物培養(yǎng)人員需要思考和解決的問題。文章在分析生物發(fā)酵過程中泡沫產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上，從物理、化學和機械3個方面分析消除生物發(fā)酵泡沫的措施，并分析比較3種消泡方式的優(yōu)缺點，展望生物發(fā)酵消泡的未來發(fā)展趨向，旨在促進生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：生物發(fā)酵;泡沫;消泡方法

前言

在生物發(fā)酵過程中，空氣與培養(yǎng)基表面活性物質(zhì)的結(jié)合會產(chǎn)生許多難以消除的氣泡。這些泡沫雖然在化妝品領(lǐng)域、食品生產(chǎn)加工領(lǐng)域、醫(yī)藥研究領(lǐng)域、海洋領(lǐng)域及環(huán)境保護領(lǐng)域具有十分重要的作用，但在生物領(lǐng)域，發(fā)酵泡沫會造成發(fā)酵產(chǎn)物的損失、菌種染菌、傳感器污染等，最終引發(fā)一系列環(huán)境污染問題。因此，在生物發(fā)酵過程中怎樣消除和處理泡沫成為相關(guān)人員需要思考和解決的問題。

1生物發(fā)酵過程中產(chǎn)生泡沫的原因

在發(fā)酵罐內(nèi)部，氣體和液體一旦接觸就會產(chǎn)生泡沫。一般情況下，純?nèi)芤阂后w中因為通氣導致的起泡持續(xù)時間比較短暫，因而不需要采取消泡措施。但是溶液中存在一種或一種以上表面活性劑時，起泡時間將會延長。生物發(fā)酵大多是好氧發(fā)酵，曝氣是發(fā)酵過程中必不可少的一部分。在發(fā)酵培養(yǎng)過程中，生物代謝會產(chǎn)生更多的表面活性劑，如表面活性劑蛋白和磷酸鹽、脂肪銨鹽、脂肪酸、聚二乙醇、亞硫酸鹽與硫酸鹽等，這些表面活性物會產(chǎn)生較多的泡沫。

2基于化學方式的生物發(fā)酵消泡處理措施

具有強氧化性的消泡劑、殺菌劑和阻泡劑可以用來抑制泡沫的生長。例如，泡沫廢水中應加入氯、臭氧和過氧化氫;也可以使用聚乙二醇和硅制成的藥物制劑;可以使用含有硅和聚醚的消泡劑。添加劑只能減少泡沫的生長，但不能從根本上消除泡沫的形成。

3基于物理方式的生物發(fā)酵消泡處理

物理消泡方法有聲波消泡、高低溫破壞性泡沫和液體噴霧沖擊泡沫。其中，聲波消除泡沫主要是利用聲波引起泡沫內(nèi)部物質(zhì)分子的振動，以及聲表面對泡沫的抑制作用，實現(xiàn)對泡沫的震碎處理。高低溫消除泡沫主要是借助溫差環(huán)境下泡沫不穩(wěn)定來消除泡沫。液體噴霧泡沫主要是利用液體對泡沫表面產(chǎn)生沖擊力，達到破壞泡沫的目的。

噴水是最常用的泡沫去除方法。通過用水或水滴擊碎漂浮在表面的泡沫，可以部分回收散落的顆粒。但混合液中仍存在絲狀菌，在適宜條件下仍會產(chǎn)生泡沫，根本無法消除泡沫。

從實際操作來看，物理消泡法不會對生物發(fā)酵的菌種和產(chǎn)品產(chǎn)生影響，但物理消泡裝置機械設(shè)備費用高昂，使用率較低。

4基于機械方式的生物發(fā)酵消泡處理

機械消泡方式是在化學消泡方式之后被人們廣泛應用到生物發(fā)酵消泡領(lǐng)域的一種技術(shù)，機械消泡方式不會產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)，而且不影響生物發(fā)酵進程，更不會阻斷下游產(chǎn)品的分離。機械消泡裝置的機理是借助葉輪轉(zhuǎn)動速度引發(fā)壓力、壓縮力、沖擊力變化，進而達到消泡目的。

4.1離心籃式消泡機械裝置

離心籃消泡法是一種外發(fā)泡法，分為內(nèi)層和外層兩層。內(nèi)層是一個旋轉(zhuǎn)的籃子?？鸨谏嫌忻芗木W(wǎng)孔，高速旋轉(zhuǎn)時筐內(nèi)的泡沫被拋向外壁。中間網(wǎng)片的剪切可以完全粉碎泡沫。離心筐式消泡器的外層是一個無網(wǎng)格的非旋轉(zhuǎn)圓筒，它能在圓筒的作用下收集內(nèi)筐拋出的液體，使收集到的液體流入反應器。離心籃式消泡機械裝置是將泡沫集中引出，進行集中的消泡處理，但是這種集中化的消泡處理在缺乏化學輔助消毒的情況下會引入細菌，因而在使用離心籃式消泡機械裝置時需要采取必要的化學處理措施。離心籃式消泡機械裝主要經(jīng)歷了以下幾個發(fā)展階段：①模仿氣升式發(fā)酵罐研究出的消泡機械裝置。離心籃式消泡機械裝置最早出現(xiàn)在1967年，模仿了氣升式發(fā)酵罐，在裝置轉(zhuǎn)動速度上升到3000r·min-1的過程中，泡沫壓縮因子和轉(zhuǎn)動速度呈反比關(guān)系。在轉(zhuǎn)動速度達到3000r·min-1后壓縮因子數(shù)值不再變化，基本趨于穩(wěn)定。②氣液分離的高效率旋擊氣液分離器。經(jīng)過改進，根據(jù)旋風分離器的工作原理，設(shè)計了一種上部氣液分離的高效旋風式氣液分離器。氣體從分離器入口進入，與排氣管壁接觸碰撞，細液滴在導向裝置的作用下冷凝向下旋轉(zhuǎn)，最終實現(xiàn)液滴分離。在穩(wěn)流裝置的作用下，分離出的液滴將從分離器排放管輸出，輸出氣流將通過中央管從排氣管排出。③蝸殼式樣的機械消泡器。通過調(diào)節(jié)旋風葉片和穩(wěn)流葉片的位置，設(shè)計了蝸殼式機械消泡器。蝸殼式機械消泡器的旋風葉片旋轉(zhuǎn)時，會產(chǎn)生風。

4.2轉(zhuǎn)軸葉片式消泡器

轉(zhuǎn)軸葉片消泡器是一種罐內(nèi)消泡器，一般安裝在反應器上部分，是一種額外裝置設(shè)備。當馬達帶動葉輪高速旋轉(zhuǎn)時，形成負壓。將生化罐表面的泡沫吸入消泡箱，達到消泡的目的。該方法不需要添加任何化學物質(zhì)，使用方便，無二次污染，但需要在罐內(nèi)加入大功率攪拌器，耗電量增高。

5 結(jié)束語

綜上所述，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段常見的消泡方式分為物理消泡、化學消泡和機械消泡3種，這3種消泡方式各有優(yōu)缺點。其中，化學消泡方式的消泡效率、消泡安全性方面都要優(yōu)于機械消泡和物理消泡。在3種消泡方式中關(guān)于物理消泡方式的研究較少，但其在未來擁有廣闊的研究空間。隨著人們節(jié)能環(huán)保意識的增強，化學消泡方式設(shè)備價格高昂、資源浪費嚴重，不符合綠色節(jié)能環(huán)保的理念。因此，需要相關(guān)人員根據(jù)生物發(fā)酵消泡的基本機理，進一步深入研究消泡方式，力度找到一種消泡性能好且環(huán)保的消泡方式。

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