1 泡沫的產(chǎn)生,性質(zhì)及變化形成條件:

 氣-液兩相共存;表面張力大的物質(zhì)存在;發(fā)酵過程中泡沫有兩種類型:一種是發(fā)酵液液面上的泡沫,氣相所占的比例特別大,與液體有較明顯的界限,如發(fā)酵前期的泡沫;另一種是發(fā)酵液中的泡沫,又稱流態(tài)泡沫(fluid foam),分散在發(fā)酵液中,比較穩(wěn)定,與液體之間無明顯的界限.實質(zhì):氣溶膠構(gòu)成的膠體系統(tǒng),其分散相是空氣和代謝氣,連續(xù)相是發(fā)酵液,泡沫間隔著一層液膜而被彼此分開不相連通.泡沫是熱力學不穩(wěn)定體系熱力學第二定律指出:自發(fā)過程,總是從自由能較高的狀態(tài)向自由能較低的狀態(tài)變化.起泡過程中自由能變化如下:△G=γ△A△G——自由能的變化△A——表面積的變化γ——比表面能起泡時,液體表面積增加,△A為正值,因而△G為正值,也就是說,起泡過程不是自發(fā)過程.另一方面,泡沫的氣液界面非常大.例如:半徑1cm厚0.001cm的一個氣泡,內(nèi)外兩面的氣液界面達25cm2;可是,當其破滅為一個液滴后,表面積只有0.2cm2,相差上百倍.泡沫破滅,合并的過程中,自由能減小的數(shù)值很大.因此泡沫的熱力學不穩(wěn)定體系,終歸會變成具有較小表面積的無泡狀態(tài).發(fā)酵過程泡沫產(chǎn)

生的原因：

 (1)通氣攪拌的強烈程度，發(fā)酵前期培養(yǎng)基成分豐富,易起泡.采用較小通氣量及攪拌轉(zhuǎn)速,再逐步加大.也可在基礎(chǔ)料中加入消泡劑.

 (2)培養(yǎng)基配比與原料組成前期培養(yǎng)基營養(yǎng)豐富粘度大,產(chǎn)泡沫多而持久，例:在50L罐中投料10L,成分為淀粉水解糖,豆餅水解液,玉米漿等,攪拌900 rpm,通氣,泡沫生成量為培養(yǎng)基的2倍.如培養(yǎng)基適當稀一些,接種量大一些,生長速度快些,前期就容易攪拌開.

 (3)菌種,種子質(zhì)量和接種量菌種質(zhì)量好,生長速度快,可溶性氮源較快被利用,泡沫產(chǎn)生幾率也就少.菌種生長慢的可以加大接種量(4)滅菌質(zhì)量，培養(yǎng)基滅菌質(zhì)量不好,糖氮被破壞,抑制微生物生長,使種子菌絲自溶,產(chǎn)生大量泡沫,加消泡劑也無效.泡沫的形成一般有以下幾種規(guī)律:整個發(fā)酵過程中,泡沫保持恒定的水平;發(fā)酵早期,起泡后穩(wěn)定地下降,以后保持恒定;發(fā)酵前期,泡沫稍微降低后又開始回升;發(fā)酵開始起泡能力低,以后上升;

 泡沫體系的三階段變化

    (1)氣泡大小分布的變化液膜包裹的一個氣泡,就像一個吹鼓了的氣球.由于氣球膜有收縮力,所以氣球中壓力大于氣球外的壓力;同樣氣泡膜有表面張力,氣泡中壓力大于氣泡外的壓力.氣泡大小的再分布,就是由氣泡膜內(nèi)氣體的壓力變化引起的.氣泡中氣體壓力的大小,依賴氣泡膜的曲率半徑 。

    (2)氣泡液膜變薄取一杯泡沫,放置一段時間,就會在杯底部出現(xiàn)一些液體,而逐漸形成液相及液面上的泡沫相這樣具有界面的兩層.底部出現(xiàn)的液體一部分是泡沫破滅形成的,一部分是氣泡膜變薄,排出液體形成的泡沫生成初期,泡沫液還比較厚,以后因蒸發(fā)排液而變薄,泡沫液會受重力的影響向下排液,泡沫液隨時間延續(xù)而變薄.

    (3)泡沫破滅，泡沫由于排液,液量過少,表面張力降低,液膜會急劇變薄,最后液膜會變得十分脆弱,以至分子的熱運動都可以引起氣泡破裂.因此只要泡沫液變薄到一定程度,泡沫即瞬間破滅泡沫層內(nèi)部的小氣泡破滅后,雖一時還不能導致氣液分離,只是合并成大氣泡,但排液過程使泡膜液量大幅

度減少,使合并成的大氣泡快速地破滅,最后泡沫體系崩潰,氣液分離.影響泡沫穩(wěn)定性的因素引起危害,需要消除的,只是穩(wěn)定的泡沫.泡沫的穩(wěn)定性受液體,氣體許多性質(zhì)的影響.不同介質(zhì)的泡沫,穩(wěn)定程度相差很多,影響泡沫穩(wěn)定性的因素十分復(fù)雜,概括國內(nèi)外研究者的說法,主要因素一下幾種：

  1)泡徑大小

  大泡易于破滅,壽命較長的的都是小泡.因為:泡越小,合并成大氣泡的歷程就越長;小氣泡的泡膜中所含液量相對比較大,所以較能經(jīng)受液體流失所造成的穩(wěn)定性的損失;氣泡越小,上升速度越慢,給表面活性劑的吸附提供充足的時間,增加了穩(wěn)定性.

 2)溶液所含助泡物的類型和濃度

 (1)降低表面張力，降低表面張力會降低相鄰氣泡間的壓差.壓差小,小泡并入大泡的速度就慢,泡沫的穩(wěn)定性就好.

 (2)增加泡沫彈性

 助泡的表面活性劑,吸附在氣液界面上,使表面層的組分與液相組分產(chǎn)生差別,因而使泡沫液具有彈性.

 (3)助泡劑濃度

  溶液中助泡劑濃度增加,氣液界面上的吸附量就增加,液膜彈性隨之增加,泡沫穩(wěn)定性增高.到達臨界膠束濃度后,氣液界面上的定向排列"飽和",彈性不會再增加.

 3)起泡液的粘度

 某些溶液,如蛋白質(zhì)溶液,雖然表面張力不高,但因粘度很高,所產(chǎn)生的泡沫非常穩(wěn)定.因為粘稠的液膜,有助于吸收外力的沖擊,起到緩沖的作用,使泡沫能持久一些.液體粘度對泡沫穩(wěn)定性的影響比表面張力的影響還要大.

 4)其它

 溫度 表面張力最低值時的濃度隨溫度變化.

 pH 影響助泡劑的溶解度和表層的吸附狀態(tài)

 表面電荷 離子型表面活性劑,由于離子間靜電的排斥,阻礙著離子彼此接近,減少排液速度,延緩泡沫變薄過程,使泡沫穩(wěn)定.