机会，并可减少培养液性质复杂化的程度。 –缺点：不如化学消泡迅速可靠，需要一定的设备和消耗
一定的动力；不能从根本上消除引起稳定泡沫的因素
（1）机械消泡
机械消泡装置的选择依据 –动力小 –结构简单 –坚固耐用 –清洗、杀菌容易 –维修保养费用少
（1）机械消泡
机械消泡方法
–罐内消泡：耙式消泡桨、旋转圆板式、气流 吸入式、冲击反射板式、碟式及超声波等机 械消泡装置。
常用的消泡剂种类
天然油脂类:玉米油、米糠油、豆油、棉子油、鱼 油及猪油 高碳醇、脂肪酸和酯类:如十八醇、聚二醇 聚醚类:聚氧丙烯甘油,聚氧乙烯氧丙烯甘油（又称 泡敌） 硅酮类（聚硅油类）
– 聚二甲基硅氧烷及其衍生物 ：适用于放线菌和 细菌发酵羟基聚二甲基硅氧烷 ：曾用于青霉素 和土霉素发酵
氟化烷烃: 具有极其小的表面能
185
全培养基
以葡萄糖调节pH
毕氏酵母
嗜温菌
葡萄糖矿物盐 搅拌罐 补料分批培养，
100
补甲醇
30
160
50～120
120～150
酿酒酵母
嗜温菌
含葡萄糖的完 搅拌罐 连续培养，流加
210
全培养基
葡萄糖
80
50～150
2.高密度发酵策略
使用最低合成培养基以便进行准确的培养基 设计和计算生长得率。 优化细胞生长速率，使得碳源能被充分利用和 获得较高的产率，用养分流加来限制菌的生长 速率还能控制培养物对氧的需求和产热速率。 可用碳源作为限制性养分，且采用补料分批发 酵来实现高密度发酵。
–罐外消泡：旋转叶片式、喷雾式、离心式及 转向板式等机械消泡装置。
（2）化学消泡
消泡机理
–当泡沫的表层存在着极性的表面活性物质而形成双电层 时，可以加入一种具有相反电荷的表面活性剂，以降低 泡沫的机械强度；或加入某些具有强极性的物质与发泡 剂争夺液膜上的空间，降低液膜强度，导致泡沫破裂。
–当泡沫的液膜具有较大的表面粘度时，可以加入某些分 子内聚力较小的物质，以降低液膜的表面粘度，使液膜 的液体流失，导致泡沫破裂。
4. 高密度发酵存在的问题
水溶液中的固体与气体物质的溶解度， 基质对生长的限制或抑制作用，基质与 产物的不稳定性和挥发性，产物或副产 物的积累达到抑制生长的水平，高浓度 的CO2与热的释放速率，高的氧需求以 及培养基的粘度不断增加等 。
1. 泡沫的产生及其影响
泡沫的产生 通气和搅拌 代谢气体的逸出 存在稳定泡沫的表面活性物质
（八）高密度发酵及过程控制
1. 高密度发酵 2.高密度发酵策略 3.高密度发酵技术 4.高密度发酵存在的问题
1. 高密度发酵
代谢产物的合成是靠菌体作为生产者来完成的。 高细胞密度发酵就是为了适应这一要求而得到 广泛的重视。 高密度发酵：在发酵过程中保持较高的细胞密 度，同时细胞或菌体的生产能力保持在较佳的状 态。
1. 泡沫的产生及其影响
泡沫的类型
一类存在于发酵液的液面上。这类泡沫气相所占比例 特别大，并且泡沫与它下面的液体之间有能分辨的界 线。如在某些稀薄的前期发酵液或种子培养液中所见 的泡沫。
另一类出现在粘稠的菌丝发酵液当中。这种泡沫分散 很细，而且很均匀，也较稳定。泡沫与液体间没有明 显的波面界限，在鼓泡的发酵液中气体分散相占的比 例由下而上地逐渐增加。
消泡剂的应用
消泡剂的消泡效果与使用方式密切相关 消泡剂的分散可借助于机械方法，也可加入某种称为载体 或分散剂的物质，将消泡剂乳化成细小液滴 消泡作用的持久性：本身性能，加入量及时机 使用天然油脂时应注意一次不能加得太多 消泡剂对细胞的生理有重要的影响 在应用消泡剂之前需作比较性试验 消泡剂应制成乳浊液，并且不被同化，消耗最少
（2）化学消泡
化学消泡的优点 –来源广泛 –作用迅速可靠，消泡效率高 –不需改造现有设备 –容易实现自动控制
消泡剂选择的依据
必须是表面活性剂，且具有较低的表面张力，消泡作用迅 速，效率高。 对气液界面的散布系数足够大，具有一定的亲水性。 在水中的溶解度较小，以保持其持久的消泡或抑泡性能。 对发酵过程无毒，对人、畜无害，不被微生物同化，对菌 体生长和代谢无影响，不影响产物的提取和产品质量。 不干扰溶解氧、pH等测定仪表使用，最好不影响氧的传递。 能耐高压蒸气灭菌而不变性，对设备无腐蚀性影响 来源方便，价格便宜。
3.高密度发酵技术
用于高密度发酵的生物反应器类型： 搅拌罐，透析膜反应器， 气升式反应器，气旋式反应器
在工业化生产中，通常采用的是搅拌罐与补料工艺来 进行高细胞密度发酵。 重组大肠杆菌高密度发酵成功的关键技术是补料策略， 限制性基质（葡萄糖）的流加模式有3种：恒速流加补 料、变速流加补料和指数流加补料。
1. 泡沫的产生及其影响
泡沫的不利影响 降低了发酵罐的装料系数 增加了菌群的非均一性 增加了染菌机会 大量起泡引起“逃液”，导致产物的损失 泡沫严重时会影响通气搅拌的正常进行 消泡剂的加入将给提取工序带来困难
2.发酵过程中泡沫的消长规律
影响因素 通气搅拌的强度 培养基的配比及原材料组成 培养基的灭菌方法和操作条件 微生物代谢活动造成发酵液性质变化 染菌
霉菌发酵过程中培养液的性质与泡沫的关系
3Hale Waihona Puke 泡沫的控制（1）机械消泡 （2）化学消泡 （3）从微生物本身特性着手，防止泡沫形成
筛选不产生泡沫的微生物突变株 几种微生物混合培养
（1）机械消泡
原理：靠机械力引起强烈振动或者压力变化，促使泡沫破 裂，或借机械力将排出气体中的液体加以分离回收。 优缺点 – 优点：不需引入外来物质，可节省原材料，减少 污染
高细胞密度发酵成功的实例
菌种 大肠杆菌
特征
基础培养基
需氧、葡萄 糖过量、形
成乙醇
葡萄糖矿物盐 或甘油矿物盐
发酵罐 类型
搅拌罐
培养方法
葡萄糖（甘油） 非限制指数补料
细胞干重 （g/L）
140～150
培养时间（h） 30～40
产率 (g/L)/d
90～100
枯草杆菌
嗜温菌
含葡萄糖的完 搅拌罐 补料分批培养，