发酵过程控制--发酵过程泡沫的形成与控制.ppt

7.4发酵过程泡沫的形成与控制（一）泡沫形成的原因2、含助泡剂3、起泡速度高于破泡速度4、发酵过程泡沫产生的原因（2）培养基配比与原料组成（3）菌种、种子质量和接种量（二）起泡的危害3、影响菌的呼吸（三）泡沫的性质表面活性剂示意图第一种情况：表面活性剂的亲水基留在水相，疏水基伸到气相中，形成定向吸附层。第二种情况：表面活性剂的疏水基在水相中互相靠在一起，减少疏水基与水的接触，形成“胶束”。1.溶液中当表面活性剂的浓度低于临界胶束浓度时，以第一种情况为主。2.表面活性剂浓度高于临界胶束浓度时出现第二种情况。在泡沫不断增加时，表面活性剂会从胶束中不断转移到新产生的气液界面上。在液相中因为水分子之间的吸引力大于水对表面活性剂的吸引力，表面活性剂的疏水部分被水分子之间的吸引力挤出溶液，到达气液界面。这就是表面活性剂易于在泡沫上形成定向吸附层的原因。2、泡沫是热力学不稳定体系起泡时，液体表面积增加，△A为正值，因而△G为正值，也就是说，起泡过程不是自发过程。另一方面，泡沫的气液界面非常大，例如：半径1cm厚0.001cm的一个气泡，内外两面的气液界面达25cm2；可是，当其破灭为一个液滴后，表面积只有0.2cm2,相差上百倍。显然，液体起泡后，表面自由能比无泡状态高得多。泡沫破灭、合并的过程中，△A是一个绝对值很大的负数，也就是说泡沫破灭、合并的过程，自由能减小的数值很大。因此泡沫的热力学不稳定体系，终归会变成具有较小表面积的无泡状态。3、泡沫体系的三阶段变化由定量观点看，气泡内外压差：△P=由该式可知：压差△P与气泡半径成反比。若气泡膜的表面张力均相同，则小气泡中的压力比大气泡中的压力大。因此当相邻气泡大小不同时，气泡会不断地由小气泡高压区，经过吸附、溶解、解析，扩散到大气泡低压区。于是小气泡进一步变小，大气泡进一步变大。即使相邻气泡曲率半径最初差别不大，也会由于△P的不同，气体的扩散，泡径差别逐渐增大，直至小泡完全并入大泡。结果气泡数目减少，平均泡径增大，气泡大小分别发生变化（2）气泡液膜变薄（3）泡沫破灭（四）影响泡沫稳定性的因素1、泡径大小2、溶液所含助泡物的类型和浓度吉布斯曾对泡沫液弹性做如下定义：E=2A（）E——膜弹性A——膜面积σ——表面张力（3）助泡剂浓度3、起泡液的粘度4、其它*pH影响助泡剂的溶解度和表层的吸附状态*表面电荷离子型表面活性剂，水解后带电荷，泡沫的定向吸附层为双电层结构。由于离子间静电的排斥，阻碍着离子彼此接近，减少排液速度，延缓泡沫变薄过程，使泡沫稳定。（二）消泡剂消泡（1）罗氏假说1948年鲁宾逊（Robinson,J.V）和伍兹（Words,W.W）提出了浸入系数E的概念，即美国胶体化学家罗斯（Ross,S.），四十年代初就开始研究泡沫问题，对添加了各种表面活性剂的起泡体系，进行试验和观察，寻找消泡剂在起泡液中溶解性与消泡效力的对应关系。罗斯提出一种假说：在溶液中，溶解状态的溶质是稳泡剂；不溶状态的溶质，当浸入系数与铺展系数均为正值时即是消泡剂。罗斯认为，消泡剂的分子团，即一小滴，一接触泡沫，首先便是浸入，之后在泡沫上扩展，局部变薄而破裂。当浸入系数和铺展系数均为负值时，小滴既不浸入也不扩展；当浸入系数大于零，铺展系数为负数时小滴成棱镜状，不铺展；只有二者均为正值时才可能是消泡剂，这种假说为消泡剂作用机理奠定了基础。（2）与稳泡因素有关的几种消泡机理由图可以看出，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。b、消泡剂能破坏膜弹性而导致气泡破灭C、消泡剂能促使液膜排液，因而导致气泡破灭还有另一方面的因素对排液速率有影响。即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。表面活性剂与泡膜液亲和性强，泡膜液随吸附层迁移，泡沫就稳定；亲和力弱，泡膜液不随吸附层迁移，泡沫也就不稳定。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2、破泡剂与抑泡剂的区别（2）作用机理上的区别抑泡机理：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