چرا در فرآیند تخمیر به کف زدا نیاز داریم؟
مهندسی تخمیر نوعی مهندسی است که از فناوری مدرن استفاده می کند، از طریق فرآیندهای عملکردی میکروبی تخمیر می شود و سپس محصولاتی تولید می کند که نیازهای انسان را برآورده می کند. مهندسی تخمیر به طور گسترده ای در زمینه های مختلف مانند تولید دارو، فرآوری مواد غذایی و تصفیه زباله استفاده می شود و باعث توسعه صنعت بیوتکنولوژی می شود. به عنوان مثال، تولید آنتی بیوتیک ها به شدت به فناوری تخمیر متکی است. هنگامی که تخمیر مهندسی زیستی با کف همراه است، می توان از کف زدا تخمیر برای درمان استفاده کرد. چرا کف زدا اضافه کنیم؟ علت ایجاد کف چیست؟ روش ها و اصول کف زدایی چیست؟
در فرآیند تخمیر مخزن تخمیر به دلیل هوادهی و هم زدن، تولید گاز متابولیک و وجود پروتئین، روغن، اسید چرب و سایر مواد فعال سطحی، مایع تخمیر مقدار مشخصی کف تولید می کند. مقدار کمی فوم طبیعی است که می تواند سطح تماس گاز و مایع را افزایش دهد و سرعت انتقال اکسیژن را افزایش دهد. با این حال، مقدار زیادی فوم یک سری اثرات بر تخمیر هوازی خواهد داشت. تولید فوم یک فرآیند پیچیده است که شامل تأثیر همه جانبه عوامل بسیاری است. فوم مهندسی تخمیر را می توان به طور موثر از طریق مدیریت معقول و تنظیم پارامترهای فرآیند کنترل و استفاده کرد.
1. علل ایجاد کف هنگام تخمیر
(1) تولید فوم به سرعت هوادهی و هم زدن مربوط می شود. فوم با افزایش حجم هوا و سرعت اختلاط افزایش می یابد، بنابراین زمانی که کف بیش از حد وجود دارد، می توان حجم هوا و سرعت اختلاط را کاهش داد.
(2) نسبت متوسط و ترکیب مواد خام: هنگامی که محتوای مواد مغذی محیط بالا باشد، به ویژه محتوای پروتئین بالا باشد، کف بیشتری تولید می شود. در عین حال، ویسکوزیته و غلظت محیط نیز بر پایداری و کمیت فوم تأثیر می گذارد. شکر توانایی کف کردن ضعیفی دارد، اما می تواند ویسکوزیته محیط کشت را افزایش داده و پایداری کف را حفظ کند.
(3) وضعیت رشد باکتری ها: وقتی باکتری ها به شدت رشد می کنند، کف بیشتری تولید می کنند. با فرآیند تخمیر، زمانی که ماتریکس مواد مغذی مصرف می شود، ممکن است تعداد کف کاهش یابد تا زمانی که سلول حل شود و پروتئین بیشتری آزاد کند و سپس کف دوباره افزایش می یابد.
(4) روش استریل کردن، دما و زمان محیط کشت: این عوامل می توانند بر خواص محیط کشت تأثیر بگذارند و به طور غیرمستقیم بر توانایی کف کردن آن تأثیر بگذارند.
2. خطرات کف در حین تخمیر
(1) کاهش بهره وری: به منظور مهار کف و جلوگیری از سرریز در مخزن تخمیر، ظرفیت بارگیری عمدا کاهش می یابد و بر بهره وری تأثیر می گذارد.
(2) ضایعات مواد خام: هنگامی که حجم تجهیزات نتواند کف اضافی را در خود جای دهد، فوم سرریز می شود و باعث از بین رفتن مواد خام و ضایعات می شود.
(3) آلودگی: اگر کف زیاد شود و مایع خارج شود، محیط در لوله اگزوز گیر می کند و باعث رشد باکتری های متفرقه می شود که در مخزن تخمیر رشد می کنند و باعث آلودگی می شوند.
(4) تاثیر بر تنفس باکتریایی: اگر حباب ها بیش از حد پایدار باشند و با تنفس میکروارگانیسم ها شکسته نشوند، حباب ها با دی اکسید کربن پر می شوند و نمی توانند با اکسیژن موجود در هوا مبادله کنند و در نهایت بر تنفس باکتریایی تأثیر می گذارد.
3. انتخاب انواع کف زدا
اصل کف زدایی: وقتی روی سطح فوم یک سورفکتانت قطبی وجود دارد تا یک لایه الکتریکی دوتایی تشکیل دهد، می توان سورفاکتانت دیگری با بار مخالف اضافه کرد تا استحکام مکانیکی آن کاهش یابد یا موادی با قطبیت قوی برای رقابت با ماده کف کننده اضافه شود. فضای روی فیلم مایع، و کاهش استحکام مکانیکی فیلم مایع، در نتیجه باعث پارگی کف می شود. هنگامی که لایه مایع فوم دارای ویسکوزیته سطحی زیادی است، می توان برخی از مواد با چسبندگی مولکولی کوچک را اضافه کرد تا ویسکوزیته سطح فیلم مایع را کاهش دهد، به طوری که باعث از بین رفتن مایع فیلم مایع و شکستن کف شود.
خواص کف زدا: یک کف زدا خوب می تواند هر دو ویژگی فوق را داشته باشد، یعنی می تواند به طور همزمان استحکام مکانیکی فیلم مایع را کاهش دهد و ویسکوزیته سطح فیلم مایع را کاهش دهد. علاوه بر این، برای اینکه کف زدا به راحتی روی سطح فوم پخش شود، کف زدا باید کشش سطحی و حلالیت آب پایینی داشته باشد. با این حال، اگر کف زدا به درستی استفاده نشود، در متابولیسم میکروارگانیسم ها اختلال ایجاد می کند و بیوسنتز را تحت تاثیر قرار می دهد.
انواع کف زدا: کف زداهای رایج در صنعت تخمیر شامل روغن های طبیعی، پلی اترها، سیلیکون ها و الکل های بالاتر می باشد. همچنین یک ضد کف پلی سیلوکسان اصلاح شده با پلی اتر وجود دارد که مزایای کف زدا پلی اتر و ارگانوسیلیکن را ترکیب می کند و آن را غیر سمی و بی ضرر می کند.
