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你知道吗?在生物发酵中,发酵罐内泡沫大多数时候都是源于微生物代谢,若任之堆积,则会深深影响生产效率。那么我们如何解决这一难题呢,小编将从泡沫生成机制、潜在危害及发酵罐消泡剂的科学应用三大维度,来为大家揭示发酵工程中的消泡密码。
一、发酵罐起泡的原因
1. 通气与搅拌的物理作用:发酵罐内的通气与搅拌是微生物代谢的动力引擎,但也是泡沫生成的导火索。当空气被机械剪切力分散成微小气泡,若发酵液中存在蛋白质、多糖等表面活性物质,气泡表面将形成稳定的液膜,导致泡沫迅速堆积。
2. 培养基成分的化学催化:培养基中的氮源和碳源是泡沫生成的主要原因。蛋白质在高温灭菌过程中可能发生美拉德反应,生成类黑精等发泡物质;而高浓度糖类虽起泡性弱,但能显著提升发酵液黏度,使泡沫更稳定。
3. 菌体代谢的生物连锁反应:在菌体生长旺盛期,代谢产物的分泌会改变发酵液pH值,进一步降低液膜表面张力,加剧泡沫稳定性。
二、发酵罐起泡的危害
一方面,泡沫占据发酵罐有效容积,迫使装液量减少,直接导致单批次产量下降,同时需额外投入设备清洗与灭菌费用;另一方面,泡沫溢出可能携带发酵液黏附于排气管,形成杂菌滋生的温床;此外,泡沫层阻碍氧气与营养物质的扩散,使菌体代谢效率降低,导致目标产物合成受阻。
三、加入发酵罐消泡剂的帮助
1. 降低液膜强度:聚醚改性聚硅氧烷的发酵罐消泡剂能插入泡沫液膜,替代表面活性剂分子,使液膜机械强度下降;
2. 加速液体排液:分子内聚力低的发酵罐消泡剂可降低液膜表面黏度,使泡沫在10秒内坍缩。
3. 增强生物相容性:不影响菌体呼吸链与物质转运,如聚醚类的发酵罐消泡剂在谷氨酸发酵中使菌体活性提升。
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