【正文】 153 淮海工學(xué)院海洋學(xué)院 ?Thank you! 154 淮海工學(xué)院海洋學(xué)院 謝謝觀看 /歡迎下載 BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES. BY FAITH I BY FAITH 。 值得注意的是：消泡劑有選擇性。增稠劑有羧甲基纖維素鈉鹽。 152 淮海工學(xué)院海洋學(xué)院 也有在硅油和 SiO2氣溶膠的復(fù)合物中添加一種或兩種乳化劑，加熱溶勻，與增稠劑水溶液混合后乳化?？赡苁怯捎谒c水有高的界面張力，鋪展系數(shù)低，不易分散在發(fā)泡介質(zhì)上。它揮發(fā)性低并具有化學(xué)惰性，比較穩(wěn)定且毒性小。它的主鏈為硅氧鍵，為非極性分子。 151 淮海工學(xué)院海洋學(xué)院 （ 4）硅酮類 最常用的是聚二甲基硅氧烷，也稱二甲基硅油。 C12~C22的高碳醇借助適當(dāng)?shù)娜榛瘎┡渲瞥闪６葹?~9μm，含量為 20~50%的水乳液，即是水體系的消泡劑。七十年代初前蘇聯(lián)學(xué)者在陰離子、陽離子、非離子型表面活性劑的水溶液中試驗，提出醇的消泡作用，與其在起泡液中的溶解度及擴(kuò)散程度有關(guān)。這類化合物叫 GPES型消泡劑。 有一種新的聚醚類消泡劑，在 GPE型消泡劑鏈端用疏水基硬脂酸酯封頭，便形成兩端是疏水鏈，當(dāng)中間隔有親水鏈的嵌段共聚物。它的抑泡能力比消泡能力優(yōu)越，適宜在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中加入，以抑制整個發(fā)酵過程的泡沫產(chǎn)生。用于四環(huán)素發(fā)酵效果很好，相當(dāng)于豆油的 10~20倍。按照環(huán)氧乙烷加成量為 10%， 20%， ……50% 分別稱為 GPE10，GPE20， ……GPE50 。只在甘油分子上加成聚合環(huán)氧丙烷的產(chǎn)物叫聚氧丙烯甘油定名為 GP型消泡劑；用于鏈霉素發(fā)酵，代替天然油，加入基礎(chǔ)料，效果很好。六十年代發(fā)明此類消泡劑，美國道康寧化學(xué)公司首先投產(chǎn)。緊分析啤酒花油具含有消泡活性的物質(zhì)有：石竹烯、荷蘭芹萜烯、香葉烯和蒎烯等。經(jīng)分析證明，酒糟榨出液中存在 C8~C18的全部脂肪酸，存在極性類脂物，尤其是卵磷脂等物，這些物質(zhì)的協(xié)同作用下的消泡作用比這些物質(zhì)單獨(dú)消泡作用強(qiáng)得多。于是聯(lián)想到，是否可以由制作全麥芽浸出漿以后的酒糟壓榨出有效的消泡劑？經(jīng)過試驗，由酒糟中壓榨出大約 40%液體，在 500C真空蒸餾，濃縮 19倍，果然得到可用于麥芽汁發(fā)酵過程的消泡劑。此外，有些油是發(fā)酵產(chǎn)物的前體，如豆油是紅霉素的前體，魚油是螺旋霉素的前體。油脂主要成分是高級脂肪酸酯和高級一元醇酯，還有高級醇、高級烴等。 145 淮海工學(xué)院海洋學(xué)院 （ 4）與起泡液不發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 消泡劑與起泡液發(fā)生反應(yīng)，一方面消泡劑會喪失作用，另一方面可能產(chǎn)生有害物質(zhì)，影響微生物的生長。消泡劑活性成分與起泡液過親，會溶解；過疏又難于分散。 144 淮海工學(xué)院海洋學(xué)院 （ 3）與起泡液有一定程度的親和性 由于消泡過程實際上是泡沫崩潰速度與泡沫生成速度的競爭，所以消泡劑必須能在起泡液中快速分散，以便迅速在起泡液中較廣泛的范圍內(nèi)發(fā)揮作用。 143 淮海工學(xué)院海洋學(xué)院 （ 2）表面張力低于起泡液 只有消泡劑分子間作用力小，表面張力低于起泡液，消泡劑微粒才能夠在泡膜上浸入及擴(kuò)展。不溶或難溶，才易于聚集在氣液界面，才易于濃縮在泡膜上，才能在較低濃度下發(fā)揮作用。對破泡劑的情況，應(yīng)在瞬間濃縮、集中，對于抑泡的情況應(yīng)經(jīng)常保持在這種狀態(tài)。另一方面，破泡劑大量使用，比有抑泡作用，抑泡劑大量使用也比有破泡作用。 （ 3）破泡劑與抑泡劑的相互關(guān)系 溶解度大的破泡劑，消泡作用只發(fā)揮一次；溶解度小的破泡劑，消泡作用可持續(xù)一段時間。破泡過程中，破泡劑不斷失效、消耗，而助泡劑卻不受影響 141 淮海工學(xué)院海洋學(xué)院 抑泡機(jī)理：一般認(rèn)為抑泡劑分子在氣液界面上優(yōu)先被吸附，它比助泡劑的表面活性更強(qiáng)，更易吸附到泡膜上，但是由于本身不賦予泡膜彈性，所以不具備穩(wěn)泡作用。同時消耗掉相應(yīng)的助泡物。第一，吸附助泡劑，加入電解質(zhì)，瓦解雙電層，及使助泡物被增溶等機(jī)理，這樣就破壞助泡物的穩(wěn)泡作用。聚醚及有機(jī)硅等屬于抑泡劑。這類消泡劑隨著時間的延續(xù)，迅速降低效率，并且當(dāng)溫度上升時，因溶解度增加，消泡效率會下降。如低級醇、天然油脂。表面張力降低的部分，被強(qiáng)烈地向四周牽引、延展，最后破裂。 把高級醇或植物油灑在泡沫上，當(dāng)其附著到泡沫上，即溶入泡沫液，會顯著降低該處的表面張力。 138 淮海工學(xué)院海洋學(xué)院 日本高野信之提出類似的觀點(diǎn)：在起泡液中分散的消泡劑顆粒，隨著泡沫液變薄，露到表面，因消泡劑表面張力比泡沫液低，該處受到周圍的拉伸、牽引。研究發(fā)現(xiàn)：低濃度的，表面張力比起泡液低的物質(zhì)，如果與起泡液成為均相，則促進(jìn)起泡；如果呈飽和狀態(tài)，而且被均勻分散在起泡液中，就可能有消泡作用。 σA σFA σF 136 淮海工學(xué)院海洋學(xué)院 （ 2）與穩(wěn)泡因素有關(guān)的幾種消泡機(jī)理 a、消泡劑可使泡沫液局部表面張力降低，因而導(dǎo)致泡沫破滅 希勒（ Shearer,）和艾克斯 (Akers,.)在油體系中研究聚硅氧烷油的消泡過程。 134 淮海工學(xué)院海洋學(xué)院 （ 1）羅氏假說 1941年哈金斯（ Harkinss ）曾提出鋪展系數(shù) S的概念， 即： S=σF－ σFA－ σA σF—— 起泡介質(zhì)的表面張力 σFA—— 消泡劑與起泡介質(zhì)的界面張力 σA—— 消泡劑的表面張力 以鋪展系數(shù) S值的正負(fù)判斷消泡劑是否能夠在泡沫上擴(kuò)展。人們研究消泡劑抵消助泡劑的穩(wěn)泡作用的機(jī)理是近幾十年的事。 － － － － － － － － 133 淮海工學(xué)院海洋學(xué)院 消泡劑消泡 消泡劑的作用機(jī)理 為了弄清消泡劑如何發(fā)揮作用，為了合理、有效地使用消泡劑，需要了解消泡劑的作用機(jī)制及一般性質(zhì)。 σ 表面活性劑濃度 20oC 75oC 132 淮海工學(xué)院海洋學(xué)院 *pH 影響助泡劑的溶解度和表層的吸附狀態(tài) *表面電荷 離子型表面活性劑，水解后帶電荷，泡沫的定向吸附層為雙電層結(jié)構(gòu)。 131 淮海工學(xué)院海洋學(xué)院 其它 *溫度 表面張力最低值時的濃度隨溫度變化。因為粘稠的液膜，有助于吸收外力的沖擊，起到緩沖的作用，使泡沫能持久一些。到達(dá)臨界膠束濃度后，氣液界面上的定向排列“飽和”，彈性不會再增加，增加膠束濃度只會增大、增多膠束。單一組分的純凈液體，表面張力不隨表面積改變而改變，液體沒有彈性，所以純凈液體不會產(chǎn)生穩(wěn)定的泡沫。 kR?6△ P= 128 淮海工學(xué)院海洋學(xué)院 吉布斯曾對泡沫液彈性做如下定義： E=2A（ ） E—— 膜彈性 A—— 膜面積 σ—— 表面張力 dAd?可以看出大，吉布斯彈性大，泡沫抵抗變形的能力就大。壓差小，小泡并入大泡的速度就慢，泡沫的穩(wěn)定性就好。小氣泡上升慢，給表面活性劑的吸附提供充足的時間，增加了穩(wěn)定性。 氣泡越小，上升速度越慢。泡越小，合并成大氣泡的歷程就越長，而且小氣泡的泡膜中所含液量相對比較大，所以較能經(jīng)受液體流失所造成的穩(wěn)定性的損失。泡沫的穩(wěn)定性受液體、氣體許多性質(zhì)的影響。大量泡沫由罐頂進(jìn)一步滲到軸封，軸封處的潤滑油可起點(diǎn)消泡作用，從軸封處落下的泡沫往往引起雜菌污染。 引起染菌 由于泡沫增多而引起逃液，于是在排氣管中粘上培養(yǎng)基，就會長菌。 123 淮海工學(xué)院海洋學(xué)院 . 2 起泡的危害 降低生產(chǎn)能力 在發(fā)酵罐中，為了容納泡沫，防止溢出而降低裝量 引起原料浪費(fèi) 如果設(shè)備容積不能留有容納泡沫的余地，氣泡會引起原料流失，造成浪費(fèi)。 122 淮海工學(xué)院海洋學(xué)院 （ 3）菌種、種子質(zhì)量和接種量 菌種質(zhì)量好，生長速度快，可溶性氮源較快被利用，泡沫產(chǎn)生幾率也就少。 例：在 50L罐中投料 10L，成分為淀粉水解糖、豆餅水解液、玉米漿等，攪拌 900 rpm，通氣，泡沫生成量為培養(yǎng)基的 2倍。也可在基礎(chǔ)料中加入消泡劑。應(yīng)先開小通氣量，再逐步加大。 泡沫產(chǎn)生速度小于泡沫破滅速度，則泡沫不斷減少，最終呈不起泡狀態(tài)；泡沫產(chǎn)生速度等于泡沫破滅速度，則泡沫數(shù)量將維持在某一平衡狀態(tài)；泡沫產(chǎn)生速度高于泡沫破滅速度，泡沫量將不斷增加。 高起泡的液體，產(chǎn)生的泡沫不一定穩(wěn)定。與液體親和性弱的一端朝著氣泡內(nèi)部，與液體親和性強(qiáng)的一端伸向液相，這樣的定向吸附層起到穩(wěn)定泡沫的作用。對純凈液體來說，這第三種物質(zhì)是助泡劑。搖蕩純?nèi)軇┎黄鹋?，如蒸餾水，只有搖蕩某種溶液才會起泡。氣體從液體內(nèi)部產(chǎn)生時，形成的泡沫一般氣泡較小、較穩(wěn)定。而且只有氣體與液體連續(xù)、充分地接觸才會產(chǎn)生過量的泡沫。 116 淮海工學(xué)院海洋學(xué)院 ? 泡沫的定義：一般來說： 泡沫是氣體在液體中的粗分散體，屬于氣液非均相體系 ? 美國道康寧公司對泡沫這樣定義： 體積密度接近氣體，而不接近液體的“氣 /液”分散體。 ? 控制需氧的方法： ? 需氧量受菌體濃度、營養(yǎng)基質(zhì)的種類和濃度、培養(yǎng)條件影響，其中重要的是菌體濃度。 ? 提高供氧的方法： ? 提高氧傳遞動力和液相體積氧傳遞系數(shù)。 ? 溶氧濃度的控制 ? 溶氧濃度是由氧的供需平衡所決定的。 ? 溶氧異常下降的原因： ? 1 污染好氣性雜菌； ? 2 菌體代謝異常； ? 3 某些設(shè)備或工藝控制發(fā)生故障，如攪拌。 113 淮海工學(xué)院海洋學(xué)院 ? 發(fā)酵過程的溶氧變化 ? 在一定的發(fā)酵條件下，每種產(chǎn)物發(fā)酵的溶氧變化都有自身的規(guī)律。 因此溶氧并非越高越好。 6＝ 每小時的生物熱為 111 淮海工學(xué)院海洋學(xué)院 溶氧的影響及控制 ? 溶氧對發(fā)酵的影響 影響菌體生長、產(chǎn)物合成及產(chǎn)物的性質(zhì)。 ΔH＝ ∑（△ H） 反應(yīng)物 － ∑（△ H） 產(chǎn)物 如谷氨酸發(fā)酵中主要物質(zhì)的燃燒熱為： 葡萄糖 谷氨酸 玉米漿 菌體 20934KJ/Kg 尿素 109 淮海工學(xué)院海洋學(xué)院 可根據(jù)實測發(fā)酵過程中物質(zhì)平衡計算生物熱。 因為熱效應(yīng)決定于系統(tǒng)的初態(tài)和終態(tài)，而與變化途徑無關(guān)，反應(yīng)的熱效應(yīng)可以用燃燒值來計算，特別是有機(jī)化合物，燃燒熱可以直接測定。先自控，讓發(fā)酵液達(dá)到某一溫度，然后停止加熱或冷卻，使罐溫自然上升或下降，根據(jù)罐溫變化的速率計算出發(fā)酵熱。在工廠里，可以通過測量冷卻水進(jìn)出口的水溫，再從水表上得知每小時冷卻水流量來計算發(fā)酵熱。 Q發(fā)酵 ＝ Q生物 ＋ Q攪拌 － Q蒸發(fā) － Q輻射 107 淮海工學(xué)院海洋學(xué)院 發(fā)酵熱的測定 有二種發(fā)酵熱測定的方法。輻射熱的大小取決于罐溫與環(huán)境的溫差。此外，排氣也會帶走部分熱量叫顯熱 Q顯熱 ，顯熱很小，一般可以忽略不計。 105 淮海工學(xué)院海洋學(xué)院 攪拌熱 Q攪拌 在機(jī)械攪拌通氣發(fā)酵罐中，由于機(jī)械攪拌帶動發(fā)酵液作機(jī)械運(yùn)動，造成液體之間，液體與攪拌器等設(shè)備之間的摩擦，產(chǎn)生可觀的熱量。 如果培養(yǎng)前期溫度上升緩慢，說明菌體代謝緩慢，發(fā)酵不正常。 菌體在對數(shù)生長期時，菌體繁殖迅速，呼吸作用激烈，菌體也較多，所以產(chǎn)生的熱量多，溫度上升快，必須注意控制溫度。 103 淮海工學(xué)院海洋學(xué)院 ?生物熱與發(fā)酵類型有關(guān) 微生物進(jìn)行有氧呼吸產(chǎn)生的熱比厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的熱多 一摩爾葡萄糖徹底氧化成 CO2和水 好氧：產(chǎn)生 ， 183千焦耳轉(zhuǎn)變?yōu)楦吣芑衔? 厭氧：產(chǎn)生 ， 13千焦以熱的形式釋放 二個例子中轉(zhuǎn)化為高能化合物分別為 ％和 ％ 104 淮海工學(xué)院海洋學(xué)院 ? 培養(yǎng)過程中生物熱的產(chǎn)生具有 強(qiáng)烈的時間性。 發(fā)酵過程引起溫度變化的因素 102 淮海工學(xué)院海洋學(xué)院 生物熱 Q生物 在發(fā)