發(fā)酵過(guò)程中，由于向培養(yǎng)基通入無(wú)菌空氣，加上劇烈的攪拌，很容易產(chǎn)生大量泡沫。如果不加以控制，就會(huì)造成不良后果?？刂婆菽姆椒ㄓ泻芏喾N，比如機(jī)械消泡，超聲波破泡，以及化學(xué)消泡劑等。其中化學(xué)消泡劑是最常用的一種措施。但是，關(guān)于消泡劑的選擇及應(yīng)用的總結(jié)較少，本文的目的是通過(guò)總結(jié)前人所用的消泡劑及應(yīng)用，提高對(duì)消泡劑選擇的認(rèn)識(shí)。

1、 消泡劑的種類

1． 1 硅類消泡劑

硅類消泡劑主要是聚二烷基硅氧烷類消泡劑( PDMS) 。這類消泡劑的粘度為60， 000 cSt，分子量為270，000。一般不溶于水，揮發(fā)性很低。表面張力大約為21 dyn /cm，界面張力為42 dyn /cm。這些特點(diǎn)使得其在泡沫體系中分散性較差，以單組分添加時(shí)，消泡效果不理想。因此，硅類消泡劑要包含一些分散固體，比如二氧化硅。它可以形成高表面區(qū)域，而且可以作為乳化劑。有作者認(rèn)為疏水且高度分散的固體二氧化硅粒子是主要的活性成分，而且是有機(jī)硅消泡劑的必要成分。國(guó)內(nèi)有學(xué)者將硅膏、乳化劑等原料經(jīng)過(guò)處理得到的二甲基硅油－有機(jī)硅復(fù)合消泡劑用于谷氨酸發(fā)酵中，結(jié)果表明該復(fù)合消泡劑有很好的消泡效果，而且對(duì)菌體無(wú)影響。

有機(jī)硅消泡劑在使用前，可以將礦物油或者是植物油與有機(jī)硅類液體及微?；旌?，再將10－30vol%的硅粉微粒分散在PDMS 水包油乳液中，最終形成的乳液具有表面活性劑和穩(wěn)定劑，可以提高其親水性和分散性。水性有機(jī)硅乳液較純硅類來(lái)說(shuō)，其泡沫控制力較弱。這些乳液需要以某種形式的混合以避免在長(zhǎng)時(shí)間的靜止?fàn)顟B(tài)下發(fā)生沉降。另外，長(zhǎng)時(shí)間的滅菌容易造成有機(jī)硅乳液的反乳化現(xiàn)象。還有一些復(fù)合的硅類消泡劑，如PDMS 有機(jī)共聚物，它包含PDMS ( 分子量≥2000) 和PAG( 分子量≥800) 。

1． 2 聚醚類消泡劑

聚醚類消泡劑一般是由乙烯和丙烯氧化物隨機(jī)嵌段的共聚物。具有較大的表面活性。聚亞烷基二醇是一種典型的聚醚類消泡劑，其分子量為400－2500。其特點(diǎn)是分子量越大，溶解度越小，但泡沫抑制更好。這些消泡劑水溶性較差，能在氣液界面迅速鋪展。有文獻(xiàn)報(bào)道，在20 ℃時(shí)，聚丙二醇在水中的溶解度為15．5g/L，而聚丙烯/聚乙烯共聚物只有3．4g/L。低分子量的聚醚較易溶于水，不適合控制泡沫。

1． 3 天然油脂類消泡劑

天然油脂作為一種不溶于水的有機(jī)液體，是應(yīng)用最早的消泡劑。

表1 為天然油脂的典型成分表，這些油脂類物質(zhì)成分一般是含有長(zhǎng)鏈飽和或不飽和單元脂肪酸的甘油脂類物質(zhì)。植物油用作消泡劑時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間會(huì)氧化形成醛類、羧酸、過(guò)氧化物等物質(zhì)，給發(fā)酵上帶來(lái)不利影響，因此要添加一些無(wú)毒的抗氧化劑。

由于油滴可以增大氣泡的直徑，使其變得很不穩(wěn)定。而油脂的低親水性和高粘性，限制了其分散鋪展能力和抑泡能力。一般來(lái)說(shuō)，作為理想的消泡劑，要保證在最低濃度下迅速消泡。同時(shí)，也要具有很好的抑泡能力。天然油脂由于與培養(yǎng)基的表面張力不同，可以在一定程度上抑制泡沫的形成。

另外，天然油脂可以作為碳源，為發(fā)酵代謝提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。培養(yǎng)基中加入這些物質(zhì)，可以提高產(chǎn)物產(chǎn)量或者抑制菌體的生長(zhǎng)，比如在毛霉、曲霉和青霉發(fā)酵過(guò)程中，可以提高酯酶的活力。又比如，在真菌發(fā)酵中，大豆油可以被真菌代謝利用，所以它可作為消泡使用但是不能抑制泡沫形成。

根據(jù)培養(yǎng)基的種類和狀態(tài)不同，天然油脂的消泡能力也各不相同。對(duì)于含有未滅菌的豆餅粉培養(yǎng)基，添加0．5～1%v/v的油脂類消泡劑，測(cè)定泡沫高度，從高到底依次為亞麻籽油＞棉籽油＞芝麻油＞橄欖油＞大豆油＞葵花籽油。而對(duì)于消泡系數(shù)( 基于成本和泡沫達(dá)到最低高度所需的量) ，其順序?yàn)榇蠖褂停荆久拮延停荆緛喡樽延停荆鹃蠙煊停究ㄗ延停局ヂ橛?。而?duì)于含有滅菌過(guò)的豆餅粉培養(yǎng)基，其消泡系數(shù)順序?yàn)? 棉籽油＞＞＞橄欖油＞＞大豆油＞葵花籽油＞亞麻籽油＞芝麻油。

在發(fā)酵罐攪拌速率和通氣條件一定時(shí)，天然油脂可以提高體積傳質(zhì)系數(shù)Kla。如在釀酒酵母復(fù)合培養(yǎng)基中添加0．25% v/v的消泡劑時(shí)，Kla增加到90%。當(dāng)添加量低于0． 25% v /v 時(shí)，Kla 有所降低。而在油脂添加量為0～0．005% v /v，低于閾值時(shí)，Kla 降低60%。在酵母發(fā)酵中，1%v/v橄欖油與0．1%v/vPPG 消泡效果相同，但添加橄欖油可以顯著提高Kla。

1． 4 高級(jí)醇類消泡劑

發(fā)酵工業(yè)中也可以使用一些脂肪醇類物質(zhì)作為消泡劑，比如n-辛醇，因?yàn)榇讼輨┏煞謫我?，比較適合應(yīng)用于基礎(chǔ)研究。然而，此類消泡劑相對(duì)于高分子量的聚醚類消泡劑來(lái)說(shuō)，揮發(fā)性較強(qiáng)。高分子量的醇類比如十八醇同樣可以作為消泡劑，但是需要載體。在發(fā)酵工業(yè)早期，像豆油，豬油或者是含有1%十八醇的豬油都成功的應(yīng)用于細(xì)菌發(fā)酵過(guò)程中的泡沫控制。