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高效消沫装置在谷氨酸发酵中的应用(2006)

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1、高效消沫装置在谷氨酸发酵中的应用高效消沫装置在谷氨酸发酵中的应用沈阳红梅企业集团更新时间：2006-9-171 泡沫的产生及其影响谷氨酸发酵过程因是通气搅拌，并且发酵过程中产生大量的 CO 以及发酵液中糖、蛋白质和代谢物等稳定泡沫的物质的存在，使发酵液含有一定数量的泡沫，这是正常的现象。泡沫的存在一方面可以增加气液接触表面，有利于氧的传递。另一方面在发酵中产生的大量泡沫，引起“逃液” ，会给发酵带来许多副作用，主要表现在：降低了发酵罐的装料系数发酵罐的装料系数(料液体积发酵罐容积)一般取 07 左右；影响菌群的整体效果，通常充满余下空间的泡沫约占所需培养基的 10，且其成分也不完全与主体培养基相同，另外泡沫高低的变化和处在不同生长周期的微生物随泡沫漂浮或黏附在罐壁上，使这部分菌有时在气相环境中生长，引起菌的分化，甚至自容，增加了菌群的非均一性；发酵液溅到轴封处，容易染菌，增加了污染杂菌的机会；大量起泡，控制不及时，会引起逃液，导致发酵液的流失，造成收率下降；消泡剂的加入有时会影响发酵，也会给下游工序(如提取)惹来麻烦。大量消泡剂的使用，造成原材料消耗的增加，从而使

2、产品成本升高。 2 泡沫的控制泡沫的控制方法可分为消泡剂消沫和机械消沫两大类。 21 消泡剂消沫发酵工业常用的消泡剂分天然油脂类、聚醚类、高级醇类和硅树脂类。应用较多的是聚醚类，如聚氧丙烯甘油和聚氧乙烯甘油(俗称泡敌)，其通常用量为 0，03左右。泡敌的亲水性好，易铺展，所以在粘稠发酵液中使用效果比在稀薄发酵液中更好。泡敌消沫能力强，消沫能力比植物油大 10 倍以上，但其消沫活性维持时间较短，而且消泡剂一次加得太多，会抑制气泡的分散，使体积氧传质系数 KLa 中的气液比表面积减小，从而显著影响氧的传质速率，使溶氧迅速下跌甚至到零。过量的消泡剂通常会影响菌的呼吸活性和物质(包括氧)透过细胞壁的运输。由电子显微镜观察消沫剂对培养了 24h 的短杆菌的生理影响时发现，其细胞形态特征(如膜的厚度、透明度和结构功能)与氧受限制条件下的相似，细胞表面呈细粒的微囊、类核(拟核)含有 DNK 纤维，其内膜隐约可见，几乎所有的细胞壁结构形态都在改变。据此，应尽可能减少消沫剂的用量。 22 机械消沫机械消沫是借机械力引起剧烈震动或压力变化起消沫作用。消沫装置可安装在罐内或罐外，罐内可

3、在搅拌轴上方安装消沫桨，形式多样，常用消沫桨有梳齿式(图 1)和耙式(图 2)。罐外可在高出罐顶处安装旋风分离器，尾风中的泡沫借旋风离心场作用被压碎。机械消沫的优点在于不需引进外界物质(如消泡剂)，从而减少染杂菌机会，节省原材料，也不会增加下游工序的负担，其缺点是不能从根本上消除泡沫成因。为此，联合使用机械与化学方法，并宜采用自动监控系统，可有效控制泡沫。 3 高效机械消沫装置的应用消泡剂的使用固然可从根本上消除泡沫成因，但其却存在着原材料成本升高，并且影响发酵及下游工序的产品质量的弊病另外，近年来也有从菌种本身的特性着手，预防泡沫的形成(如单细胞蛋白生产中筛选在生长期不易形成泡沫的突变菌株)，但其推广也有一定的局限性。所以，高效机械消泡装置的研制倍受关注，新产品也层出不穷。2003 年我集团就针对 300m 谷氨酸发酵罐泡敌消耗高，装料系数低这一难题进行了立项攻关本人作为一名工程技术人员，承接了此项目，查阅了大量的科技资料，并反复研究了发酵过程中泡沫的消长规律发酵中前期，尤其是 812h，菌体进入对数生长期，通气量达到高峰，菌体代谢旺盛，发酵产生的 CO 以及

4、培养基中的糖、蛋白质和菌体自身等稳定泡沫的物质的存在，使发酵液产生大量的泡沫。在发酵后期菌体自溶，可溶性蛋白增加，又促进泡沫上升：另外发酵过程中泡沫的多寡与通气搅拌的剧烈程度，以及消沫桨的结构形式，安装位置也有关。我们知道，气体在纯水中鼓泡，生成的气泡只能维持瞬间，其稳定性等于零?这是由于其能学上的不稳定和围绕气泡的液膜强度很低所致。而机械消泡的原理正是针对于此，就是利用一定的机械能量破坏其稳定性，降低气泡液膜的强度，从而达到破碎气泡。要使气泡获得高的能量，就必须提高消沫桨的切线速度，同时，由流体力学可知，向气泡传递能量的物体速度方向投影面积不能太大，否则易造成二次涡流，形成新的气泡。为此，我们在罐内采用了安装在搅拌轴上的圆盘针式消沫桨。机械消沫桨毕竟不能从根本上消除泡沫成因，同时由于受主轴搅拌转速的限制，从系统的安全性考虑，我们在罐体排风结构上也做了改进，同时在尾风管道上安装了高效旋液分离器。这样便构成了一套完善的消沫装置 (图 3)。就 5#、6#罐两台 300m 发酵罐安装高效消沫装置后，整个分厂(总发酵容积 1400m )泡敌单耗就由原来的 7下降到 45。，两台 300m 发酵罐装料系数也提高到了 725 ，收效非常明显，只节约泡敌一项就使发酵成本降低了 20 元l。老发酵 50m 发酵罐在此基础上又进行了改进，8#、ll#罐改后，定容提高了 It，单罐折纯上升 0Olt，每月多产谷氨酸 25t，成本下降 8 元l：泡敌用量降低了 25 ，成本下降 13 元左右t。该套高效消沫装置的推广应用，必将给发酵行业技术水平的提高提供可靠的保证。

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