لماذا نحتاج إلى مزيل الرغوة في عملية التخمير؟
هندسة التخمير هي نوع من الهندسة التي تستخدم التكنولوجيا الحديثة، والتخمير من خلال العمليات الوظيفية الميكروبية، ومن ثم إنتاج المنتجات التي تلبي احتياجات الإنسان. هندسة التخمير تستخدم على نطاق واسع في مختلف المجالات مثل إنتاج الأدوية، وتجهيز الأغذية، ومعالجة النفايات، وتعزيز تطوير صناعة التكنولوجيا الحيوية. على سبيل المثال، يعتمد إنتاج المضادات الحيوية بشكل كبير على تكنولوجيا التخمير. عندما يكون التخمير الهندسي الحيوي مصحوبًا بالرغوة، يمكن استخدام مزيل الرغوة التخمير للعلاج. لماذا نضيف مزيل الرغوة؟ ما سبب الرغوة؟ ما هي طرق ومبادئ إزالة الرغوة؟
في عملية التخمير في خزان التخمير، بسبب التهوية والتحريك، وإنتاج الغاز الأيضي ووجود البروتين والزيت والأحماض الدهنية وغيرها من المواد النشطة على السطح، فإن سائل التخمير سينتج كمية معينة من الرغوة. كمية صغيرة من الرغوة أمر طبيعي، مما قد يزيد أيضًا من مساحة اتصال الغاز بالسائل ويزيد من معدل نقل الأكسجين. ومع ذلك، فإن كمية كبيرة من الرغوة ستجلب سلسلة من التأثيرات على التخمير الهوائي. إن إنتاج الرغوة عملية معقدة، تنطوي على التأثير الشامل للعديد من العوامل. يمكن التحكم في رغوة هندسة التخمير بشكل فعال والاستفادة منها من خلال الإدارة المعقولة وتعديل معلمات العملية.
1. أسباب ظهور الرغوة أثناء التخمير
(1) يرتبط إنتاج الرغوة بمعدل التهوية والتحريك، حيث تزداد الرغوة مع زيادة حجم الهواء وسرعة الخلط، لذلك عندما تكون الرغوة كثيرة جدًا، يمكن تقليل حجم الهواء وسرعة الخلط.
(2) نسبة الوسط وتركيبة المواد الخام: عندما يكون محتوى المغذيات في الوسط مرتفعًا، وخاصة محتوى البروتين مرتفعًا، سيتم إنتاج المزيد من الرغوة. في الوقت نفسه، تؤثر اللزوجة وتركيز الوسط أيضًا على استقرار وكمية الرغوة. يتمتع السكر بقدرة رغوة ضعيفة، لكنه يمكن أن يزيد من لزوجة وسط الثقافة ويحافظ على استقرار الرغوة.
(3) حالة نمو البكتيريا: عندما تنمو البكتيريا بقوة، فإنها ستنتج المزيد من الرغوة. مع عملية التخمير، عندما يتم استهلاك مصفوفة المغذيات، قد ينخفض عدد الرغوة حتى تذوب الخلية وتطلق المزيد من البروتين، ثم تزداد الرغوة مرة أخرى.
(4) طريقة التعقيم ودرجة الحرارة وزمن وسط الثقافة: يمكن أن تؤثر هذه العوامل على خصائص وسط الثقافة، مما يؤثر بشكل غير مباشر على قدرته على الرغوة.
2. مخاطر الرغوة أثناء التخمير
(1) تقليل الإنتاجية: من أجل احتواء الرغوة ومنع الفائض في خزان التخمير، سيتم تقليل سعة التحميل عمدًا، مما يؤثر على الإنتاجية.
(2) هدر المواد الخام: بمجرد أن يصبح حجم المعدات غير قادر على استيعاب الرغوة الزائدة، فإن الرغوة سوف تفيض، مما يتسبب في فقدان المواد الخام والنفايات.
(3) التلوث: إذا زادت الرغوة وهرب السائل، فسوف يعلق الوسط في أنبوب العادم، مما يتسبب في نمو البكتيريا المتنوعة، والتي سوف تنمو في خزان التخمير وتسبب التلوث.
(4) التأثير على تنفس البكتيريا: إذا كانت الفقاعات مستقرة للغاية ولا تنكسر، فمع تنفس الكائنات الحية الدقيقة، تمتلئ الفقاعات بثاني أكسيد الكربون ولا يمكنها التبادل مع الأكسجين في الهواء، مما يؤثر في النهاية على تنفس البكتيريا.
3. اختيار أنواع مزيل الرغوة
مبدأ إزالة الرغوة: عندما يكون هناك مادة خافضة للتوتر السطحي قطبية على سطح الرغوة لتشكيل طبقة كهربائية مزدوجة، يمكن إضافة مادة خافضة للتوتر السطحي أخرى بشحنة معاكسة لتقليل قوتها الميكانيكية، أو يمكن إضافة بعض المواد ذات القطبية القوية للتنافس مع مادة الرغوة على المساحة على الفيلم السائل، وتقليل القوة الميكانيكية للفيلم السائل، وبالتالي تعزيز تمزق الرغوة. عندما يكون للفيلم السائل للرغوة لزوجة سطحية كبيرة، يمكن إضافة بعض المواد ذات التماسك الجزيئي الصغير لتقليل اللزوجة السطحية للفيلم السائل، وذلك لتعزيز فقدان السائل للفيلم السائل وكسر الرغوة.
خاصية مزيل الرغوة: يمكن لمزيل الرغوة الجيد أن يتمتع بكلا الخاصيتين المذكورتين أعلاه، أي أنه يمكنه في نفس الوقت تقليل القوة الميكانيكية للفيلم السائل وخفض اللزوجة السطحية للفيلم السائل. بالإضافة إلى ذلك، من أجل تسهيل انتشار مزيل الرغوة على سطح الرغوة، يجب أن يكون مزيل الرغوة منخفض التوتر السطحي وقابل للذوبان في الماء. ومع ذلك، إذا لم يتم استخدام مزيل الرغوة بشكل صحيح، فسوف يتداخل مع عملية التمثيل الغذائي للكائنات الحية الدقيقة ويؤثر على التخليق الحيوي.
أنواع مزيلات الرغوة: تشمل مزيلات الرغوة المستخدمة بشكل شائع في صناعة التخمير الزيوت الطبيعية والبولي إيثرات والسيليكونات والكحوليات العالية. يوجد أيضًا مزيل رغوة بولي إيثر مُعدل بولي سيلوكسان مضاد للرغوة يجمع بين مزايا مزيل رغوة البولي إيثر والسيليكون العضوي، مما يجعله غير سام وغير ضار.
