لماذا نحتاج مزيل الرغوة في عملية التخمير؟
هندسة التخمير هي نوع من الهندسة التي تستخدم التكنولوجيا الحديثة، وتتخمر من خلال العمليات الوظيفية الميكروبية، ثم تنتج منتجات تلبي احتياجات الإنسان. تُستخدم هندسة التخمير على نطاق واسع في مجالات مختلفة مثل إنتاج الأدوية وتصنيع الأغذية ومعالجة النفايات، مما يعزز تطوير صناعة التكنولوجيا الحيوية. على سبيل المثال، يعتمد إنتاج المضادات الحيوية بشكل كبير على تكنولوجيا التخمير. عندما يكون التخمر في الهندسة الحيوية مصحوبًا بالرغوة، يمكن استخدام مزيل الرغوة المخمر للعلاج. لماذا إضافة مزيل الرغوة؟ ما هو سبب الرغوة؟ ما هي طرق ومبادئ إزالة الرغوة؟
في عملية التخمير في خزان التخمير، بسبب التهوية والإثارة، وإنتاج الغاز الأيضي ووجود البروتين والزيت والأحماض الدهنية وغيرها من المواد النشطة السطحية، سوف ينتج سائل التخمير كمية معينة من الرغوة. من الطبيعي وجود كمية صغيرة من الرغوة، والتي يمكن أن تزيد أيضًا من مساحة الاتصال بالغاز والسائل وتزيد من معدل نقل الأكسجين. ومع ذلك، فإن كمية كبيرة من الرغوة ستجلب سلسلة من التأثيرات على التخمر الهوائي. إن إنتاج الرغوة عملية معقدة، تنطوي على التأثير الشامل للعديد من العوامل. يمكن التحكم في رغوة هندسة التخمير واستخدامها بشكل فعال من خلال الإدارة المعقولة وتعديل معايير العملية.
1. أسباب ظهور الرغوة أثناء التخمير
(1) يرتبط إنتاج الرغوة بمعدل التهوية والتحريك. تزداد الرغوة مع زيادة حجم الهواء وسرعة الخلط، لذلك عندما يكون هناك الكثير من الرغوة، يمكن تقليل حجم الهواء وسرعة الخلط.
(2) النسبة المتوسطة وتكوين المواد الخام: عندما يكون محتوى المغذيات في الوسط مرتفعًا، وخاصة محتوى البروتين مرتفعًا، سيتم إنتاج المزيد من الرغوة. وفي الوقت نفسه، فإن لزوجة وتركيز الوسط سيؤثر أيضًا على ثبات وكمية الرغوة. يتمتع السكر بقدرة ضعيفة على تكوين الرغوة، لكنه يمكن أن يزيد من لزوجة وسط الاستزراع ويحافظ على ثبات الرغوة.
(3) حالة نمو البكتيريا: عندما تنمو البكتيريا بقوة، فإنها ستنتج المزيد من الرغوة. مع عملية التخمير، عند استهلاك المصفوفة الغذائية، قد ينخفض عدد الرغوة حتى تذوب الخلية وتفرز المزيد من البروتين، ومن ثم ستزداد الرغوة مرة أخرى.
(4) طريقة التعقيم ودرجة الحرارة ووقت وسط الاستزراع: يمكن أن تؤثر هذه العوامل على خصائص وسط الاستزراع، مما يؤثر بشكل غير مباشر على قدرته على تكوين الرغوة.
2. مخاطر الرغوة أثناء التخمير
(1) تقليل الإنتاجية: من أجل احتواء الرغوة ومنع التدفق الزائد في خزان التخمير، سيتم تقليل سعة التحميل عمدًا، مما يؤثر على الإنتاجية.
(2) نفايات المواد الخام: عندما لا يتمكن حجم المعدات من استيعاب الرغوة الزائدة، فسوف تفيض الرغوة، مما يتسبب في فقدان المواد الخام والنفايات.
(3) التلوث: إذا زادت الرغوة وتسرب السائل، فإن الوسط سوف يعلق في أنبوب العادم، مما يتسبب في نمو البكتيريا المتنوعة، والتي ستنمو في خزان التخمير وتسبب التلوث.
(4) التأثير على التنفس البكتيري: إذا كانت الفقاعات مستقرة جدًا ولا تنكسر، أثناء تنفس الكائنات الحية الدقيقة، تمتلئ الفقاعات بثاني أكسيد الكربون ولا يمكنها التبادل مع الأكسجين الموجود في الهواء، مما يؤثر في النهاية على التنفس البكتيري.
3. اختيار أنواع مزيل الرغوة
مبدأ إزالة الرغوة: عندما يكون هناك مادة خافضة للتوتر السطحي قطبية على سطح الرغوة لتكوين 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 المادة الرغوية من أجل مساحة 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 أن يحتوي مزيل الرغوة الجيد على كلتا 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 يتمتع مزيل الرغوة بتوتر سطحي منخفض وقابلية للذوبان في الماء. ومع ذلك، إذا لم يتم استخدام مزيل الرغوة بشكل صحيح، فإنه سوف يتداخل مع عملية التمثيل الغذائي للكائنات الحية الدقيقة ويؤثر على التخليق الحيوي.
أنواع مزيلات الرغوة: تشتمل مزيلات الرغوة شائعة الاستخدام في صناعة التخمير على الزيوت الطبيعية والبولي إيثرات والسيليكون والكحوليات الأعلى. يوجد أيضًا مضاد رغوة بولي سيلوكسان معدل من البولي إيثر يجمع بين مزايا كل من مزيل رغوة البولي إيثر والسيليكون العضوي، مما يجعله غير سام وغير ضار.
