Por que precisamos de antiespumante no processo de fermentação?
A engenharia de fermentação é um tipo de engenharia que utiliza tecnologia moderna, fermenta por meio de processos funcionais microbianos e, em seguida, produz produtos que atendem às necessidades humanas. A engenharia de fermentação é amplamente utilizada em diversas áreas, como produção farmacêutica, processamento de alimentos e tratamento de resíduos, promovendo o desenvolvimento da indústria de biotecnologia. Por exemplo, a produção de antibióticos depende fortemente da tecnologia de fermentação. Quando a fermentação da bioengenharia é acompanhada de espuma, o antiespumante de fermentação pode ser usado para tratamento. Por que adicionar antiespumante? Qual é a causa da espuma? Quais são os métodos e princípios de antiespumação?
No processo de fermentação do tanque de fermentação, devido à aeração e agitação, à produção de gases metabólicos e à presença de proteínas, óleo, ácidos graxos e outras substâncias tensoativas, o líquido de fermentação produzirá uma certa quantidade de espuma. Uma pequena quantidade de espuma é normal, o que também pode aumentar a área de contato gás-líquido e aumentar a taxa de transferência de oxigênio. Porém, uma grande quantidade de espuma trará uma série de efeitos na fermentação aeróbica. A produção de espuma é um processo complexo, envolvendo o efeito abrangente de muitos fatores. A espuma da engenharia de fermentação pode ser efetivamente controlada e utilizada por meio de gerenciamento razoável e ajuste dos parâmetros do processo.
1. Causas da formação de espuma durante a fermentação
(1) A produção de espuma está relacionada à aeração e à taxa de agitação. A espuma aumenta com o aumento do volume de ar e da velocidade de mistura, portanto, quando há muita espuma, o volume de ar e a velocidade de mistura podem ser reduzidos.
(2) Proporção média e composição da matéria-prima: quando o teor de nutrientes do meio é alto, especialmente o teor de proteínas é alto, mais espuma será produzida. Ao mesmo tempo, a viscosidade e a concentração do meio também afetarão a estabilidade e a quantidade de espuma. O açúcar tem baixa capacidade de formação de espuma, mas pode aumentar a viscosidade do meio de cultura e manter a estabilidade da espuma.
(3) Estado de crescimento das bactérias: quando as bactérias crescem vigorosamente, elas produzem mais espuma. Com o processo de fermentação, quando a matriz nutritiva é consumida, a quantidade de espuma pode diminuir até que a célula se dissolva e libere mais proteína, e então a espuma aumentará novamente.
(4) O método de esterilização, temperatura e tempo do meio de cultura: Esses fatores podem afetar as propriedades do meio de cultura, afetando indiretamente sua capacidade de formação de espuma.
2. Perigos de espuma durante a fermentação
(1) Redução de produtividade: Para conter espuma e evitar transbordamento no tanque de fermentação, a capacidade de carga será reduzida intencionalmente, afetando a produtividade.
(2) Desperdício de matéria-prima: uma vez que o volume do equipamento não consegue acomodar o excesso de espuma, a espuma transbordará, causando perda de matéria-prima e resíduos.
(3) Contaminação: Se a espuma aumentar e o líquido escapar, o meio ficará preso no tubo de exaustão, causando o crescimento de diversas bactérias, que crescerão no tanque de fermentação e causarão contaminação.
(4) Impacto na respiração bacteriana: Se as bolhas forem demasiado estáveis e não se romperem, à medida que os microrganismos respiram, as bolhas ficam cheias de dióxido de carbono e não podem trocar com o oxigénio do ar, afectando em última análise a respiração bacteriana.
3. Seleção de tipos de antiespumantes
Princípio antiespumante: quando há surfactante polar na superfície da espuma para formar uma dupla camada elétrica, outro surfactante com carga oposta pode ser adicionado para reduzir sua resistência mecânica, ou algumas substâncias com forte polaridade podem ser adicionadas para competir com a substância espumante por espaço no filme líquido, e reduzir a resistência mecânica do filme líquido, promovendo assim a ruptura da espuma. Quando o filme líquido da espuma tem uma grande viscosidade superficial, algumas substâncias com pequena coesão molecular podem ser adicionadas para reduzir a viscosidade superficial do filme líquido, de modo a promover a perda de líquido do filme líquido e quebrar a espuma.
Propriedade do antiespumante: Um bom antiespumante pode ter ambas as propriedades acima, ou seja, pode reduzir simultaneamente a resistência mecânica do filme líquido e diminuir a viscosidade superficial do filme líquido. Além disso, para facilitar a propagação do antiespumante na superfície da espuma, o antiespumante deve ter baixa tensão superficial e solubilidade em água. Porém, se o antiespumante não for utilizado adequadamente, irá interferir no metabolismo dos microrganismos e afetar a biossíntese.
Tipos de antiespumantes: Os antiespumantes comumente usados na indústria de fermentação incluem óleos naturais, poliéteres, silicones e álcoois superiores. Há também um antiespumante antiespumante de polissiloxano modificado com poliéter que combina as vantagens do antiespumante de poliéter e organossilício, tornando-o não tóxico e inofensivo.
