泡沫失控？精準區分機械泡沫與流態泡沫是有效控制的第一步

在氨基酸發酵過程中，泡沫是必然存在的現象，但異常過量的泡沫則是發酵工程師的棘手難題。它不僅導致裝料系數降低、增加逃液和染菌風險，更會嚴重影響氧傳遞效率，最終影響產酸率。

面對泡沫，許多人的第一反應是追加消泡劑。然而，真正高效的控制策略始于一個關鍵步驟：精準識別眼前的泡沫類型。發酵過程中的泡沫主要分為機械泡沫 和流態泡沫 ，二者成因、特性及控制方法迥異。

一、本質區別：兩種泡沫的特征對比

以下表格清晰地展示了這兩種泡沫的核心差異，是進行準確判斷的基礎。

二、追根溯源：兩種泡沫的形成機理

1. 機械泡沫：物理作用主導的“表面現象”

• ? 成因：由高速攪拌和大流量通氣等物理剪切作用將氣體分散在發酵液中形成。
• ? 穩定機制：其穩定性主要依賴于培養基中的天然表面活性物質，如蛋白胨、玉米漿、黃豆餅粉等有機氮源所含的蛋白質、多肽等。這些物質降低了溶液表面張力，形成具有一定強度的液膜。
• ? 特點：由于發酵前期發酵液粘度較低，這類泡沫雖然體積可能很大，但液膜強度有限，相對容易控制。

2. 流態泡沫：代謝產物主導的“體內問題”

• ? 成因：此類泡沫的根源在于菌體自身的代謝活動。
• ? 穩定機制：
• ? 微生物表面活性劑：菌體在生長代謝過程中會分泌多種胞外多糖、蛋白質和脂類等表面活性物質，這些物質是強效的穩泡劑。
• ? 發酵液粘度增加：隨著發酵進行，菌體濃度升高，菌絲可能交織成網，同時積累的代謝產物（如某些氨基酸本身）會使發酵液粘度顯著增大。高粘度液體形成的泡沫液膜更厚、強度更高，氣泡不易合并和破裂，因此異常穩定。
• ? 菌體自溶：發酵后期，部分菌體死亡自溶，釋放出核酸、蛋白質等胞內物質，進一步加劇了泡沫的穩定性和數量。

三、對癥下藥：針對性的控制策略

識別泡沫類型后，即可采取精準措施。

1. 機械泡沫的預防與控制

• ? 培養基優化：在配方開發階段，在保證菌體生長的前提下，考慮選用低蛋白含量的有機氮源或適當降低其比例。

  
  

• ? 工藝參數調整：在發酵初期（泡沫主要由機械作用產生時），適當控制通氣量和攪拌轉速，待部分發泡物質被菌體消耗后再逐步提高至正常水平。
• ? 化學消泡：流加消泡劑（如天然油脂如豆油、玉米油，或合成有機硅類消泡劑如GPE“泡敵”）。它們能有效降低液膜表面張力，使泡沫破裂。對機械泡沫效果通常非常顯著。
• ? 機械消泡：在發酵罐內安裝消泡槳（如耙式消泡槳），利用機械力打碎泡沫。此法優點是不引入外來物質，但有時對非常穩定的泡沫效果有限。

2. 流態泡沫的應對與管理

• ? 消泡劑的選擇與策略：流態泡沫需要消泡能力更強、擴散性更好的合成消泡劑。關鍵在于預防為主，少量多次。在泡沫開始積聚的早期就及時流加，遠比等泡沫暴漲成災后再處理要有效得多，且總用量更少。
• ? 關注菌體代謝狀態：流態泡沫的異常增多往往是發酵過程異常的“警報”，可能與菌體生長過旺、代謝途徑改變或甚至染菌有關。需要結合溶氧（DO）、pH、攝氧率（OUR）等參數進行綜合判斷，從工藝優化入手，例如通過補料策略控制菌體濃度和代謝強度。
• ? 過程控制：例如，在發酵中期通過補料方式控制碳氮比，防止菌體過度生長；在發酵后期，避免營養耗竭導致菌體集中自溶，從而從源頭上減少穩泡物質的產生。

結語

總而言之，機械泡沫是“物理起泡”，治標相對容易；而流態泡沫是“代謝穩泡”，需從本質入手。
熟練掌握這兩種泡沫的區分技巧，動態理解其在整個發酵過程中的演變，是每一位發酵工程師實現精準控制、保證生產穩定高效的基本功。
下一次當發酵罐中泡沫涌動時，不妨先靜心觀察，做出準確判斷，再施以精準一擊。