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生物发酵与稳泡因素有关的几种消泡机理

2021-04-26 15:12:14

 a,消泡剂可使泡沫液局部表面张力降低,因而导致泡沫破灭希勒(Shearer,L.T)和艾克斯(Akers,W.W.)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1/1000秒的速度连续拍照,照片放大100倍,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.研究发现:低浓度的,表面张力比起泡液低的物质,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有关.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,因消泡剂表面张力比泡沫液低,该处受到周围的拉伸,牵引.不断变薄,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,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.表面张力降低的部分,被强烈地向四周牵引,延展,最后破裂.

 b,消泡剂能破坏膜弹性而导致气泡破灭稳泡因素中谈到,因泡膜表面吸附表面活性剂具有斯弹性,当受到外部压力时有自愈作用.消泡剂能破坏泡膜的这种弹性.离子型表面活性剂水溶液产生的泡沫,是因为表面活性剂定向排列形成双电层,借助排斥作用阻碍泡沫合并而使泡沫稳定.这种性质的泡沫,只需向体系中加入一种离子电荷相反的表面活性剂,甚至本身也是助泡剂,就可降低泡沫稳定性.这是因为两种表面活性剂彼此干扰,妨碍在气液界面上定向排列,破坏了膜弹性,因而产生消泡作用.

 a,消泡剂可使泡沫液局部表面张力降低,因而导致泡沫破灭希勒(Shearer,L.T)和艾克斯(Akers,W.W.)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1/1000秒的速度连续拍照,照片放大100倍,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.研究发现:低浓度的,表面张力比起泡液低的物质,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有关.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,因消泡剂表面张力比泡沫液低,该处受到周围的拉伸,牵引.不断变薄,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,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.表面张力降低的部分,被强烈地向四周牵引,延展,最后破裂.

 b,消泡剂能破坏膜弹性而导致气泡破灭稳泡因素中谈到,因泡膜表面吸附表面活性剂具有斯弹性,当受到外部压力时有自愈作用.消泡剂能破坏泡膜的这种弹性.离子型表面活性剂水溶液产生的泡沫,是因为表面活性剂定向排列形成双电层,借助排斥作用阻碍泡沫合并而使泡沫稳定.这种性质的泡沫,只需向体系中加入一种离子电荷相反的表面活性剂,甚至本身也是助泡剂,就可降低泡沫稳定性.这是因为两种表面活性剂彼此干扰,妨碍在气液界面上定向排列,破坏了膜弹性,因而产生消泡作用.

 C,消泡剂能促使液膜排液,因而导致气泡破灭泡沫液厚泡沫弹性好,自愈效应强;泡膜排液速率反映泡沫的稳定性.起泡体系的粘度越高,排液速度越低,如蛋白质溶液,肽链之间能够形成氢键;有些表面活性剂能与水分子形成氢键,能减少泡沫中的排液,起到稳泡作用.加入不产生氢键的表面活性剂,取代产生氢键的表面活性剂,就可以使排液加快.

 d 表面活性剂吸附层与泡膜上两吸附层当中的泡膜液之间亲和力的强弱;表面活性剂的HLB值反映这种亲和性,高HLB的表面活性剂,亲水性强,易于使吸附层之间的水随着迁移,是稳泡剂;低HLB值的表面活性剂,亲水性弱,不易使吸附层之间的水随着迁移,往往是消泡剂.亲水性弱的低HLB值的表面活性剂取代了亲水性强的高HLB值的表面活性剂,能使泡膜吸附层之间的水不随吸附层迁移,从而促进泡膜排液,起到消泡作用破泡剂与抑泡剂的区别

 (1)消泡剂可分为破泡剂和抑泡剂,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.抑泡剂: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或不溶的液体

 (2)作用机理上的区别。破泡剂的破泡机理大致有二种.第一,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消泡作用就被消耗.同时消耗掉相应的助泡物.第二,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.破泡过程中,破泡剂不断失效,消耗,而助泡剂却不受影响,抑泡机理: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,抑泡剂首先占据泡膜,抑制了助泡剂的作用,抑制了气泡.

 (3)破泡剂与抑泡剂的相互关系溶解度大的破泡剂,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.1)消泡剂选用依据:表面活性剂,具有较低的表面张力(内聚力弱),消泡效果明显.对气-液界面的散布系数必须足够大,才能迅速消泡;无毒害性,且不影响发酵菌体;不会在使用,运输中引起任何危害;不干扰各种测量仪表的使用;在水中的溶解度较小,以保持持久的消泡性能;应该在低浓度时具有消泡活性;应该对产物的提取不产生任何影响; 应该对氧传递不产生影响;能耐高温灭菌.来源方便,使用成本低;常用的一些消泡剂:

  ①天然油脂:

    ②高碳醇,脂肪酸和酯类:十八醇是常用的一种,它可以单独或与载体一起使用.

    ③聚醚类;

 ④硅酮类;主要是聚二甲基硅氧烷及衍生物,无色液体,不溶于水,表面张力低达21dyn/cm(泡敌为33,向日葵油40,青霉素发酵液60-68 dyn/cm).纯聚二甲基硅氧烷的消泡能力低,常加分散剂来提高消泡活性,或乳化剂成乳状液.适用于微碱性发酵,对于微酸性发酵较差.

 (1)天然油脂

  最早消泡剂,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.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.分子中无亲水基团,在发酵液中难铺展,所以消泡活性差,用量大,一般为发酵液的0.1-0.2%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,油的种类:土霉素发酵,豆油,玉米油较好,而亚麻油则会产生不良的作用.油的质量,新鲜程度:油新鲜,消泡能力强,副作用也小;植物油与铁离子接触能与氧形成过氧化物,对四环素,卡那霉素的合成不利,故要注意此类油的贮存保管.

 a 酒糟榨出液,罗伯茨(Roberts R.T.)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效的消泡剂经试验,由酒糟中压榨出大约40%液体,在500C真空蒸馏,浓缩19倍,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C8~C18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的消泡作用比这些物质单独消泡作用强得多.

 b 啤酒花油 研究年发现向啤酒添加1~5ppm啤酒花油是减轻气泡溢出损失的有效措施.紧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.

 


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