上海、济南生物发酵展
发酵泡沫是发酵控制需要考虑的要素，如果你想优化消泡成本、改善泡沫情况，或正受发酵泡沫困扰，以下通过泡沫产生的原因及控制进行探讨解决。
在微生物的发酵调控过程中，泡沫会影响发酵生产过程正常进行，所以泡沫控制是一个重要的环节。
如果泡沫控制不当，泡沫产生量过大时则会对生产工艺造成巨大危害，如发酵罐实际装量与总容量之比的装填系数减少，造成大量逃液，原材料的浪费以及产物的损失，发酵染菌等。
泡沫是气体被分散在少量液体中的胶体体系。发酵过程中所遇到的泡沫，其分散相是无菌空气和代谢气体，连续相是发酵液，泡沫间隔着一层液膜而被彼此分开不相连通。
在深层液体发酵过程中，发酵液中产生一定的泡沫是正常现象。但是，若泡沫过多，会给发酵带来不同程度的影响，主要表现在：
①降低了发酵罐的装料系数（发酵罐实际装量与总容量之比）；
②氧传递系数减少；
③泡沫升至罐顶有可能从轴封处渗出，增加了染菌的机会；
④泡沫从排气管外逸，导致发酵液和产物的损失；
⑤部分菌丝黏附在罐盖上而失去作用；
⑥影响通气和搅拌正常开启。
泡沫形成的因素
发酵过程一般存在两种类型的泡沫：一类存在于发酵液的液面上，泡沫与液体主流存在于一个明显的界面，易破碎，泡沫体积较大，一般被称为机械性泡沫；这种泡沫通常产生于发酵前期的发酵液或种子培养液中，如下图所示。
发酵过程产生的泡沫
另一种泡沫是出现在黏稠的菌丝发酵液当中，一般称之为流态型泡沫。这种泡沫分散很细，且很均匀，较稳定，很难清除。流态型泡沫增长到一定高度，即使停止搅拌，泡沫也不易下落，这种泡沫对发酵影响较大。
影响发酵过程中泡沫产生的因素主要有以下几个方面。
1. 通风量、搅拌转速
通风量越大，泡沫越多；搅拌转速越大，泡沫越多。需注意也会有相反的时候。
2. 培养基性质
基质中的有机氮源是起泡的主要因素，如蛋白胨、玉米浆、黄豆粉、酵母粉等是主要的发泡剂。
还有一些对泡沫起稳定作用的物质，如葡萄糖起泡性较差，但它可以增加发酵液的黏度，稳定泡沫的存在。
3. 灭菌操作
灭菌过程中，灭菌的强度越大，其发酵液中的泡沫越多。特别实消过程，需注意泡沫规律，避免跑料。
这可能是由于灭菌的过程中，高温使得培养基中的糖、氨基酸形成了大量的类黑精，或者是形成了5-羟甲基糠醛。
4. 菌体生长代谢
通常在发酵初期，由于培养基中的大量的发泡物质的存在，使得泡沫较多，但这时的泡沫大，易破碎。
随着菌体的大量的增殖，以及大量的发泡物质被消耗，发酵过程中有一段时间泡沫很少。
当菌体进入对数生长期后，由于菌体呼吸强度的增加，泡沫越来越多。
当菌体进入产物合成期后，发酵液的泡沫仍然继续增加，这主要是由于菌体合成的产物增加了发酵液的黏度。
发酵后期，由于大量的菌体的死亡以及死亡菌体细胞的菌体自溶，使得发酵液中的大分子蛋白质浓度增加，泡沫更为严重。当发酵感染杂菌和噬菌体时，泡沫异常多。
泡沫的控制
泡沫控制的目的是如何使泡沫中的气泡及时破裂，使气相和液相分离。
泡沫控制可以通过调整培养基中的成分（如少加或缓加易起泡的原材料）或改变某些物理化学参数（如pH、温度、通气和搅拌）或者改变发酵工艺（如采用分次投料）来控制，以减少泡沫形成的机会，但这些方法的效果有一定的限度。
还可以采用菌种选育的方法，筛选不产生流态泡沫的菌种，来消除起泡的内在因素，如杂交选育不产流态泡沫的土霉素生产菌株。
对于已形成的泡沫，工业上可采用化学消泡剂消泡和机械消泡或两者同时使用消泡。
1. 化学消泡
所谓化学消泡，就是指向发酵液中流加一定量的消泡剂，利用其特殊性质消除泡沫的方法。
发酵工业常用的消泡剂主要有天然油脂类、聚醚类、高级醇类（或酯类）及硅酮类（聚硅油）等4类，以天然油脂类和聚醚类最为常用。
（1）天然油脂类
早在20世纪50、60年代广泛使用，主要有玉米油、豆油、棉籽油、花生油等。其优点是价格便宜，来源较广泛，在中间加入后可以作为微生物的碳源使用。
其缺点是不能够一次性加入过多，否则，各种油脂会被脂肪酶分解成各种脂肪酸，造成发酵液pH下降。另外，油脂易氧化，可能会对微生物的生长和代谢带来抑制作用。
（2）聚醚类
生产上应用较多的是聚氧乙烯氧丙烯甘油，又称为泡敌（GPE），消泡能力为天然油脂的10倍以上。尽管消泡剂的种类很多，但是，目前大都是使用泡敌为消泡剂。
（3）高级醇类和酯类
高级醇类中的十八醇是常用的一种，可单独或与其他载体一起使用，它与冷榨猪油一起能有效控制青霉素发酵的泡沫。
另外，聚乙二醇具有消泡效果持久的特点，尤其适用于霉菌发酵。苯乙醇油酸酯、苯乙酸月桂醇酯等在青霉素发酵中也具有消泡作用。
（4）硅酮类
主要是聚甲基硅氧烷及其衍生物，为无色液体，不溶于水。
最常用的是聚二甲基硅氧烷，也称二甲基硅油。
试验表明，硅酮类比较适合微碱性的细菌、放线菌的发酵中的消泡，对于发酵液pH为5左右的霉菌类发酵，其消泡能力很差。
不同种类的消泡剂对不同菌种的发酵影响是不同的。对于特定的菌种和培养基，应该根据其培养基的性质和菌体代谢特点，研究出一种特定的消泡剂。
目前也有许多文献表明，采用几种消泡剂配合能更有效进行消泡。
消泡剂选择是一个比较重要的任务，选择一个良好的消泡剂，既可以有效消除泡沫，又可以降低原材料成本。
发酵工业生产中，首先在发酵培养基中加入一定量的消泡剂，和培养基一同灭菌，具有一定的抑泡作用。在玉米浆为培养基中，一般加聚醚类消泡剂0.01%到0.03%，使达到灭菌及降温不产生明显泡沫为宜。
在发酵过程中根据需要定时流加消泡剂，作为中间流加的消泡剂，通常按一定的浓度 配制，经灭菌、冷却，贮存于消泡剂罐中，用无菌空气保压待用。
消泡时，为避免流加量过大，老设备一般先将消泡剂压到发酵罐顶一个小计量罐内，然后适量流加，具体如图所示。
现在是在消泡剂罐和发酵罐之间的管道上安装电磁流量计可不用计量罐，如果进一步安装有自控装置，便可实现自动流加。
2. 机械消泡
机械消泡是靠机械强烈振动和压力的变化，促使气泡破裂，或借助于机械力将排出气体中的液体加以分离回收，从而达到消泡的作用。
机械消泡的方法有罐内消泡和罐外消泡两种，即在发酵罐内将泡沫消除或将泡沫引出发酵罐外，消除后再将液体返回发酵罐内等两种。
机械消泡的优点是无需在发酵液中加入其他物质，减少了由于加入消泡剂所引起染菌的机会和对后续分离工艺的影响。
但是机械消泡的效果不如化学消泡迅速、可靠，不能从根本上消除引起稳定泡沫的因素，同时它还需要一定的设备和消耗一定的动力。
化学消泡或机械消泡都是一种被动的泡沫消除方式。
机械消泡无论是从发酵产品的质量上，还是从其使用方法上，以及对发酵过程中微生物代谢的影响上，都要比化学消泡优越。
国外，以机械消泡为主，辅以化学消泡。
国内，目前以化学消泡为主，辅以机械消泡。
国内也有机械消泡装置安装在发酵罐内，一般就是耙式消泡桨。效果一般，且清洗维护难度大，很多都取消了。机械消泡方式应用还大有可为，以下是常用方式。
旋转圆盘式机械消泡
工业生产中的泡沫形成，是一个复杂的过程，受到多种因素的调控。
我们需要结合所做产品特性，对工业发酵中泡沫生成的原因具体分析，选择相应的消泡手段。泡沫产生一般有其规律，对泡沫产生多统计分析，才能更好的消除泡沫，减少生产浪费，确保工业发酵生产稳定性。
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文章来源于工业发酵生产微信公众号，2025生物发酵展周彬13167144125整理发布
