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发酵技术中的泡沫的形成原因,以及泡沫对发酵的影响

时间:17-05-06来源:原创 作者:udoec
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1泡沫的形成一般有以下几种规律:

整个发酵过程中,泡沫保持恒定的水平;发酵早期,起泡后稳定地下降,以后保持恒定;发酵前期,泡沫稍微降低后又开始回升;发酵开始起泡能力低,以后上升。

泡沫体系的三阶段变化

1)气泡大小分布的变化

液膜包裹的一个气泡,就像一个吹鼓了的气球。由于气球膜有收缩力,所以气球中压力大于气球外的压力;同样气泡膜有表面张力,气泡中压力大于气泡外的压力。气泡大小的再分布,就是由气泡膜内气体的压力变化引起的。气泡中气体压力的大小,依赖气泡膜的曲率半径

2)气泡液膜变薄

取一杯泡沫,放置一段时间,就会在杯底部出现一些液体,而逐渐形成液相及液面上的泡

沫相这样具有界面的两层。底部出现的液体一部分是泡沫破灭形成的,一部分是气泡膜变

薄,排出液体形成的。泡沫生成初期,泡沫液还比较厚,以后因蒸发排液而变薄,泡沫液会受重力的影响向下排液,泡沫液随时间延续而变薄。

3)泡沫破灭

泡沫由于排液,液量过少,表面张力降低,液膜会急剧变薄,最后液膜会变得十分脆弱,以至分子的热运动都可以引起气泡破裂。因此只要泡沫液变薄到一定程度,泡沫即瞬间破灭。泡沫层内部的小气泡破灭后,虽一时还不能导致气液分离,只是合并成大气泡,但排液过程使泡膜液量大幅度减少,使合并成的大气泡快速地破灭,最后泡沫体系崩溃,气液分离。

2影响泡沫稳定性的因素

引起危害,需要消除的,只是稳定的泡沫。泡沫的稳定性受液体、气体许多性质的影响。不同介质的泡沫,稳定程度相差很多,影响泡沫稳定性的因素十分复杂,概括国内外研究者的说法,主要因素一下几种

1)泡径大小

大泡易于破灭,寿命较长的的都是小泡。

因为:

泡越小,合并成大气泡的历程就越长;小气泡的泡膜中所含液量相对比较大,所以较能经受液体流失所造成的稳定性的损失;气泡越小,上升速度越慢,给表面活性剂的吸附提供充足的时间,增加了稳定性。

2)溶液所含助泡物的类型和浓度

1)降低表面张力

降低表面张力会降低相邻气泡间的压差。压差小,小泡并入大泡的速度就慢,泡沫的稳定性就好。

2)增加泡沫弹性

助泡的表面活性剂,吸附在气液界面上,使表面层的组分与液相组分产生差别,因而使泡沫液具有弹性。

3)助泡剂浓度

溶液中助泡剂浓度增加,气液界面上的吸附量就增加,液膜弹性随之增加,泡沫稳定性增高。到达临界胶束浓度后,气液界面上的定向排列

“饱和”,弹性不会再增加。

3)起泡液的粘度

某些溶液,如蛋白质溶液,虽然表面张力不高,但因粘度很高,所产生的泡沫非常稳定。因为粘稠的液膜,有助于吸收外力的冲击,起到缓冲的作用,使泡沫能持久一些。液体粘度对泡沫稳定性的影响比表面张力的影响还要大。

4)其它

温度

表面张力最低值时的浓度随温度变化。

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,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。

3、泡沫对发酵的影响

1)降低生产能力

在发酵罐中,为了容纳泡沫,防止溢出而降低装量

2)引起原料浪费

如果设备容积不能留有容纳泡沫的余地,气泡会引起原料流失,

造成浪费。

3)影响菌的呼吸

如果气泡稳定,不破碎,那么随着微生物的呼吸,气泡中充满二氧化碳,而且又不能与空气中氧进行交换,这样就影响了菌的呼吸。

4)引起染菌

由于泡沫增多而引起逃液,于是在排气管中粘上培养基,就会长菌。随着时间延长,杂菌会长入发酵罐而造成染菌。大量泡沫由罐顶进一步渗到轴封,轴封处的润滑油可起点消泡作用,从轴封处落下的泡沫往往引起杂菌污染。