发酵工程 精品课程
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华东理工大学 ·生物工程学院
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第七节 发酵过程泡沫的形成与控制
一、泡沫形成的基本理论
泡沫的定义：一般来说,泡沫是气体在液体中的
粗分散体，属于气液非均相体系
美国道康宁公司对泡沫这样定义,体积密度接近
气体，而不接近液体的“气 /液”分散体。
发酵过程起泡的利弊：气体分散、增加气液
接触面积，但过多的泡沫是有害的
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（一）泡沫形成的原因
1、气液接触
因为泡沫是气体在液体中的粗分散体，产生泡沫
的首要条件是气体和液体发生接触。而且只有气
体与液体连续、充分地接触才会产生过量的泡沫。
气液接触大致有以下两类情况：
（ 1）气体从外部进入液体，如搅拌液体时混入气
体
（ 2）气体从液体内部产生。气体从液体内部产生
时，形成的泡沫一般气泡较小、较稳定。
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2、含助泡剂
在未加助泡剂，但并不纯净的水中产生的泡沫，其
寿命在 0.5秒之内，只能瞬间存在。摇荡纯溶剂不起
泡，如蒸馏水，只有摇荡某种溶液才会起泡。
在纯净的气体、纯净的液体之外，必须存在第三种
物质，才能产生气泡。对纯净液体来说，这第三种
物质是助泡剂。当形成气泡时，液体中出现气液界
面，这些助泡剂就会形成定向吸附层。与液体亲和
性弱的一端朝着气泡内部，与液体亲和性强的一端
伸向液相，这样的定向吸附层起到稳定泡沫的作用。
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3、起泡速度高于破泡速度
起泡的难易，取决于液体的成分及所经受的条件；
破泡的难易取决于气泡和泡破灭后形成的液滴在表
面自由能上的差别；同时还取决于泡沫破裂过程进
行得多快这一速度因素。
高起泡的液体，产生的泡沫不一定稳定。体系的起
泡程度是起泡难易和泡沫稳定性两个因素的综合效
果。
泡沫产生速度小于泡沫破灭速度，则泡沫不断减少，
最终呈不起泡状态；泡沫产生速度等于泡沫破灭速
度，则泡沫数量将维持在某一平衡状态；泡沫产生
速度高于泡沫破灭速度，泡沫量将不断增加。
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4、发酵过程泡沫产生的原因
（ 1）通气搅拌的强烈程度
通气大、搅拌强烈可使泡沫增多，因此在发酵
前期由于培养基营养成分消耗少，培养基成分
丰富，易起泡。应先开小通气量，再逐步加大。
搅拌转速也如此。也可在基础料中加入消泡剂。
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（ 2）培养基配比与原料组成
培养基营养丰富，黏度大，产生泡沫多而持久，
前期难开搅拌。
例：在 50L罐中投料 10L，成分为淀粉水解糖、
豆饼水解液、玉米浆等，搅拌 900 rpm，通气，
泡沫生成量为培养基的 2倍。如培养基适当稀一
些，接种量大一些，生长速度快些，前期就容易
开搅拌。
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（ 3）菌种、种子质量和接种量
菌种质量好，生长速度快，可溶性氮源较快被
利用，泡沫产生几率也就少。菌种生长慢的可
以加大接种量
（ 4）灭菌质量
培养基灭菌质量不好，糖氮被破坏，抑制微生
物生长，使种子菌丝自溶，产生大量泡沫，加
消泡剂也无效。
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（二）起泡的危害
1、降低生产能力
在发酵罐中，为了容纳泡沫，防止溢出而降
低装量
2、引起原料浪费
如果设备容积不能留有容纳泡沫的余地，气泡
会引起原料流失，造成浪费。
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3、影响菌的呼吸
如果气泡稳定，不破碎，那么随着微生物的呼吸，
气泡中充满二氧化碳，而且又不能与空气中氧进
行交换，这样就影响了菌的呼吸。
4、引起染菌
由于泡沫增多而引起逃液，于是在排气管中粘上
培养基，就会长菌。随着时间延长，杂菌会长入
发酵罐而造成染菌。大量泡沫由罐顶进一步渗到
轴封，轴封处的润滑油可起点消泡作用，从轴封
处落下的泡沫往往引起杂菌污染。
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（三）泡沫的性质
泡沫体系有独特的性质，研究泡沫的性质，
是解决消泡问题的基础。
1、气泡间液膜的性质
泡沫中气泡间的间距很小，仅以一薄层液膜
相隔，研究液膜的性质很有代表意义，又因
为，只有含有助泡的表面活性剂，才能形成
稳定的泡沫，所以应当首先研究 表面活性剂
与液膜的关系
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表面活性剂示意图
亲水基 疏水基
如图所示，表面活性剂是由疏水基与亲水基构
成的化合物，在水中，表面活性剂的分子不停
地转动在以下两种情况下泡沫才能比较稳定，
停留时间比较长：
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第一种情况 表面活性剂的亲水基留在水相，疏
水基伸到气相中，形成定向吸附层
第二种情况 表面活性剂的疏水基在水相中互相
靠在一起，减少疏水基与水的接触，形成“胶
束”。
胶束 定向吸附层
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溶液中当表面活性剂的浓度低于临界胶束浓度
时，以第一种情况为主；表面活性剂浓度高于
临界胶束浓度时出现第二种情况。在泡沫不断
增加时，表面活性剂会从胶束中不断转移到新
产生的气液界面上
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在液相中因为水分子之间的吸引力大于水对表面活
性剂的吸引力，表面活性剂的疏水部分被水分子之
间的吸引力挤出溶液，到达气液界面。这就是表面
活性剂易于在泡沫上形成定向吸附层的原因。
表面活性剂为什么会定向排列在表面？
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2、泡沫是热力学不稳定体系
热力学第二定律指出：自发过程，总是从自由
能较高的状态向自由能较低的状态变化。起泡
过程中自由能变化如下：
△ G=γ△ A
△ G—— 自由能的变化
△ A—— 表面积的变化
γ—— 比表面能
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起泡时，液体表面积增加，△ A为正值，因而△ G
为正值，也就是说，起泡过程不是自发过程。另一
方面，泡沫的气液界面非常大，例如：半径 1cm厚
0.001cm的一个气泡，内外两面的气液界面达
25cm2；可是，当其破灭为一个液滴后，表面积只
有 0.2cm2,相差上百倍。显然，液体起泡后，表面
自由能比无泡状态高得多。泡沫破灭、合并的过程
中，△ A是一个绝对值很大的负数，也就是说泡沫
破灭、合并的过程，自由能减小的数值很大。因此
泡沫的热力学不稳定体系，终归会变成具有较小表
面积的无泡状态。
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3、泡沫体系的三阶段变化
即使外观看来平静、比较稳定的泡沫体系，泡沫
液也在不断地下落、蒸发，不断进行着下述三阶段
的变化
(1)气泡大小分布的变化
液膜包裹的一个气泡，就像一个吹鼓了的气球。由
于气球膜有收缩力，所以气球中压力大于气球外的
压力；同样气泡膜有表面张力，气泡中压力大于气
泡外的压力。气泡大小的再分布，就是由气泡膜内
气体的压力变化引起的。气泡中气体压力的大小，
依赖气泡膜的曲率半径
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由定量观点看，气泡内外压差
△ P= K校正系数
气泡的体积
整个气泡的表面张力 *
如果起泡膜很薄，内外表面积近似相等，则
△ P= =? ?
3
2
3/4
2*4
R
kR
?
??
k
R
?6
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由该式可知：压差△ P与气泡半径成反比。若气泡膜
的表面张力均相同，则小气泡中的压力比大气泡中
的压力大。因此当相邻气泡大小不同时，气泡会不
断地由小气泡高压区，经过吸附、溶解、解析，扩
散到大气泡低压区。于是小气泡进一步变小，大气
泡进一步变大。即使相邻气泡曲率半径最初差别不
大，也会由于△ P的不同，气体的扩散，泡径差别逐
渐增大，直至小泡完全并入大泡。结果气泡数目减
少，平均泡径增大，气泡大小分别发生变化
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（ 2）气泡液膜变薄
取一杯泡沫，放置一段时间，就会在杯底部出现
一些液体，而逐渐形成液相及液面上的泡沫相这
样具有界面的两层。底部出现的液体一部分是泡
沫破灭形成的，一部分是气泡膜变薄，排出液体
形成的。
泡沫生成初期，泡沫液还比较厚，以后因蒸发排
液而变薄，泡沫液会受重力的影响向下排液，泡
沫液随时间延续而变薄。
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（ 3）泡沫破灭
泡沫由于排液，液量过少，表面张力降低，液膜会急
剧变薄，最后液膜会变得十分脆弱，以至分子的热运
动都可以引起气泡破裂。因此只要泡沫液变薄到一定
程度，泡沫即瞬间破灭。
泡沫层内部的小气泡破灭后，虽一时还不能导致气
液分离，只是合并成大气泡，但排液过程使泡膜液量
大幅度减少，使合并成的大气泡快速地破灭，最后泡
沫体系崩溃，气液分离。
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（四）影响泡沫稳定性的因素
引起危害，需要消除的，只是稳定的泡
沫。泡沫的稳定性受液体、气体许多性
质的影响。不同介质的泡沫，稳定程度
相差很多，影响泡沫稳定性的因素十分
复杂，概括国内外研究者的说法，主要
因素有
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1、泡径大小
对任何泡沫体系稍加观察都会发现：大泡易于破灭，
寿命较长的的都是小泡。泡越小，合并成大气泡的历
程就越长，而且小气泡的泡膜中所含液量相对比较大，
所以较能经受液体流失所造成的稳定性的损失。
另一方面，气泡只有上升到液面才能够在破灭之后减
少泡沫体积。 气泡越小，上升速度越慢。溶液中溶解
状态或胶束状态的表面活性剂，在气泡上升的过程中，
吸附到气液界面上，形成定向吸附层。小气泡上升慢，
给表面活性剂的吸附提供充足的时间，增加了稳定性。
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2、溶液所含助泡物的类型和浓度
（ 1）降低表面张力
降低表面张力会降低相邻气泡间的压差。压差小，小
泡并入大泡的速度就慢，泡沫的稳定性就好。
（ 2）增加泡沫弹性
助泡的表面活性剂，吸附在气液界面上，使表面层的
组分与液相组分产生差别，因而使泡沫液具有可以伸
缩的称为“吉布斯弹性”的性质，对于泡沫稳定性来
说表面活性剂使液膜具有“吉布斯弹性”比降低表面
张力更重要。
k
R
?6△ P=
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吉布斯曾对泡沫液弹性做如下定义：
E=2A（ ）
E—— 膜弹性
A—— 膜面积
σ—— 表面张力
dA
d?
可以看出大，吉布斯弹性大，泡沫抵抗变形的能
力就大。大意味着：当面积发生变化时，表面张
力的变化较大，即收缩力较大，泡沫“自愈作用”
就强，泡沫也就稳定。单一组分的纯净液体，表
面张力不随表面积改变而改变，液体没有弹性，
所以纯净液体不会产生稳定的泡沫。
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（ 3）助泡剂浓度
溶液中助泡剂浓度增加，气液界面上的吸附量就
增加，液膜弹性随之增加，泡沫稳定性增高，直
至到达助泡物的临界胶束浓度为止。到达临界胶
束浓度后，气液界面上的定向排列“饱和”，弹
性不会再增加，增加胶束浓度只会增大、增多胶
束。
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3、起泡液的粘度
某些溶液，如蛋白质溶液，虽然表面张力不低，
但因粘度很高，所产生的泡沫非常稳定。因为粘
稠的液膜，有助于吸收外力的冲击，起到缓冲的
作用，使泡沫能持久一些。液体粘度对泡沫稳定
性的影响比表面张力的影响还要大。
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4、其它
*温度 表面张力最低值时的浓度随温度变化。
在最低表面张力时泡沫排液迅速，否则排液缓慢。 σ
表面活性剂浓度
20oC
75oC
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*pH 影响助泡剂的溶解度和表层的吸附状态
*表面电荷 离子型表面活性剂，水解后带电荷，
泡沫的定向吸附层为双电层结构。由于离子间静
电的排斥，阻碍着离子彼此接近，减少排液速度，
延缓泡沫变薄过程，使泡沫稳定。
－ － － －
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（二）、消泡剂消泡
1、消泡剂的作用机理
为了弄清消泡剂如何发挥作用，为了合理、有效地
使用消泡剂，需要了解消泡剂的作用机制及一般性
质。
泡沫本来是极不稳定的，只因助泡剂的稳泡作用才
难以破灭。人们研究消泡剂抵消助泡剂的稳泡作用
的机理是近几十年的事。下面分别介绍在消泡剂发
展历史上有重要地位的罗氏假说以及其它几种消泡
剂的作用机理。
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（ 1）罗氏假说
1941年哈金斯（ Harkinss W.D）曾提出
铺展系数 S的概念，
即,S=σF－ σFA－ σA
σF—— 起泡介质的表面张力
σFA—— 消泡剂与起泡介质的界面张力
σA—— 消泡剂的表面张力
以铺展系数 S值的正负判断消泡剂是否能
够在泡沫上扩展。 σA
σFA
σF
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1948年鲁宾逊（ Robinson,J.V）和伍兹
（ Words,W.W）提出了浸入系数 E的概念，
即
AFAF ??? ??
E=
以浸入系数 E值的正负判断消泡剂能否进入泡
沫表面。 σA
σFA
σF
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美国胶体化学家罗斯（ Ross,S.），四十年代初就开
始研究泡沫问题，对添加了各种表面活性剂的起泡
体系，进行试验和观察，寻找消泡剂在起泡液中溶
解性与消泡效力的对应关系。罗斯提出一种假说：
在溶液中，溶解状态的溶质是稳泡剂；不溶状态的
溶质，当浸入系数与铺展系数均为正值时即是消泡
剂。
罗斯认为，消泡剂的分子团，即一小滴，一接触泡
沫，首先便是浸入，之后在泡沫上扩展，局部变薄
而破裂。当浸入系数和铺展系数均为负值时，小滴
既不浸入也不扩展；当浸入系数大于零，铺展系数
为负数时小滴成棱镜状，不铺展；只有二者均为正
值时才可能是消泡剂，这种假说为消泡剂作用机理
奠定了基础。
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（ 2）与稳泡因素有关的几种消泡机理
a、消泡剂可使泡沫液局部表面张力降低，因而导
致泡沫破灭
希勒（ Shearer,L.T）和艾克斯 (Akers,W.W.)在油体
系中研究聚硅氧烷油的消泡过程。他们对泡沫体系以
1/1000秒的速度连续拍照，照片放大 100倍
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由图可以看出，硅油微粒到达泡沫表面使泡沫破灭，
气泡合并，气液迅速分离。研究发现：低浓度的，
表面张力比起泡液低的物质，如果与起泡液成为均
相，则促进起泡；如果呈饱和状态，而且被均匀分
散在起泡液中，就可能有消泡作用。附着了消泡剂
小滴的泡沫能够迅速破灭，与局部降低表面张力有
关。
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日本高野信之提出类似的观点：在起泡液中分
散的消泡剂颗粒，随着泡沫液变薄，露到表面，
因消泡剂表面张力比泡沫液低，该处受到周围
的拉伸、牵引。不断变薄，最后破灭。
把高级醇或植物油洒在泡沫上，当其附着到泡沫上，
即溶入泡沫液，会显著降低该处的表面张力。因为这
些物质一般对水的溶解度较小，表面张力降低只限于
局部，而泡沫周围的表面张力几乎没有发生变化。表
面张力降低的部分，被强烈地向四周牵引、延展，最后破裂。
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b、消泡剂能破坏膜弹性而导致气泡破灭
稳泡因素中谈到，因泡膜表面吸附表面活性剂，具有
“吉布斯弹性”，当受到外部压力时有自愈作用。
消泡剂能破坏泡膜的这种弹性。离子型表面活性剂水
溶液产生的泡沫，是因为表面活性剂定向排列形成双
电层，借助排斥作用阻碍泡沫合并而使泡沫稳定。这
种性质的泡沫，只需向体系中加入一种离子电荷相反
的表面活性剂，甚至本身也是助泡剂，就可降低泡沫
稳定性。这是因为两种表面活性剂彼此干扰，妨碍在
气液界面上定向排列，破坏了膜弹性，因而产生消泡
作用。
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C、消泡剂能促使液膜排液，因而导致气泡破灭
泡沫液厚泡沫弹性好，自愈效应强；泡膜排液速率反
映泡沫的稳定性。起泡体系的粘度越高，排液速度越
低，如蛋白质溶液，肽链之间能够形成氢键；有些表
面活性剂能与水分子形成氢键，能减少泡沫中的排液，
起到稳泡作用。
加入不产生氢键的表面活性剂，取代产生氢键的表面
活性剂，就可以使排液加快。
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还有另一方面的因素对排液速率有影响。即表面活性
剂吸附层与泡膜上两吸附层当中的泡膜液之间亲和力
的强弱。表面活性剂与泡膜液亲和性强，泡膜液随吸
附层迁移，泡沫就稳定；亲和力弱，泡膜液不随吸附
层迁移，泡沫也就不稳定。表面活性剂的 HLB值反映
这种亲和性，高 HLB的表面活性剂，亲水性强，易于
使吸附层之间的水随着迁移，是稳泡剂；低 HLB值的
表面活性剂，亲水性弱，不易使吸附层之间的水随着
迁移，往往是消泡剂。亲水性弱的低 HLB值的表面活
性剂取代了亲水性强的高 HLB值的表面活性剂，能使
泡膜吸附层之间的水不随吸附层迁移，从而促进泡膜
排液，起到消泡作用
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2、破泡剂与抑泡剂的区别
（ 1）消泡剂可分为破泡剂和抑泡剂
破泡剂是加到已形成的泡沫中，使泡沫破灭的添加剂。
如低级醇、天然油脂。一般来说，破泡剂都是其分子
的亲液端与起泡液亲和性较强，在起泡液中分散较快
的物质。这类消泡剂随着时间的延续，迅速降低效率，
并且当温度上升时，因溶解度增加，消泡效率会下降。
抑泡剂是发泡前预先添加而阻止发泡的添加剂。聚醚
及有机硅等属于抑泡剂。一般是分子与气泡液亲和性
很弱的难溶或不溶的液体
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（ 2）作用机理上的区别
破泡剂的破泡机理大致有二种。第一，吸附助泡
剂，加入电解质，瓦解双电层，及使助泡物被增
溶等机理，这样就破坏助泡物的稳泡作用。在这
些过程中消泡剂发挥一次消泡作用就被消耗。同
时消耗掉相应的助泡物。第二，低级醇等溶解性
较大的消泡剂，加到气泡液中局部降低表面张力，
发挥破泡作用，同时本身不断破为碎块，陆续溶
解而失去破泡作用。破泡过程中，破泡剂不断失
效、消耗，而助泡剂却不受影响
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抑泡机理：一般认为抑泡剂分子在气液界面上
优先被吸附，它比助泡剂的表面活性更强，更
易吸附到泡膜上，但是由于本身不赋予泡膜弹
性，所以不具备稳泡作用。这样当液体中产生
泡沫时，抑泡剂首先占据泡膜，抑制了助泡剂
的作用，抑制了气泡。
（ 3）破泡剂与抑泡剂的相互关系
溶解度大的破泡剂，消泡作用只发挥一次；溶解
度小的破泡剂，消泡作用可持续一段时间。如果溶
解度进一步降低，即成为抑泡剂。另一方面，破泡
剂大量使用，比有抑泡作用，抑泡剂大量使用也比
有破泡作用。
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3、对消泡剂的要求
（ 1）在起泡液中不溶或难溶
为破灭泡沫，消泡剂应该在泡膜上浓缩、集中。
对破泡剂的情况，应在瞬间浓缩、集中，对于抑
泡的情况应经常保持在这种状态。所以消泡剂在
起泡液中是过饱和状态，只有不溶或难溶才易于
达到过饱和状态。不溶或难溶，才易于聚集在气
液界面，才易于浓缩在泡膜上，才能在较低浓度
下发挥作用。用于水体系的消泡剂，活性成分的
分子，须为强疏水弱亲水,HLB值在 1.53范围，
作用才最好。
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（ 2）表面张力低于起泡液
只有消泡剂分子间作用力小，表面张力低于
起泡液，消泡剂微粒才能够在泡膜上浸入及
扩展。值得注意的是，起泡液的表面张力并
非溶液的表面张力，而是助泡溶液的表面张
力。
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（ 3）与起泡液有一定程度的亲和性
由于消泡过程实际上是泡沫崩溃速度与泡沫生
成速度的竞争，所以消泡剂必须能在起泡液中
快速分散，以便迅速在起泡液中较广泛的范围
内发挥作用。要使消泡剂扩散较快，消泡剂活
性成分须与起泡液具有一定程度的亲和性。消
泡剂活性成分与起泡液过亲，会溶解；过疏又
难于分散。只有亲疏适宜，效力才会好。
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（ 4）与起泡液不发生化学反应
消泡剂与起泡液发生反应，一方面消泡剂会丧
失作用，另一方面可能产生有害物质，影响微
生物的生长。
（ 5）挥发性小，作用时间长
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4、常用消泡剂的种类和性能
（ 1）天然油脂
天然油脂是最早用的消泡剂，它来源容易，价格低，
使用简单，一般来说没有明显副作用，如豆油、菜
油、鱼油等。油脂主要成分是高级脂肪酸酯和高级
一元醇酯，还有高级醇、高级烃等。但油脂如保藏
不好，易变质，使酸值增高，对发酵有毒性。此外，
有些油是发酵产物的前体，如豆油是红霉素的前体，
鱼油是螺旋霉素的前体。近年来出于对环境保护的
重视，天然产物消泡剂的地位又有些提高，而且还
在研究新的天然消泡剂
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a酒糟榨出液 罗伯茨（ Roberts R.T.）在英国酿造业研
究基金会资助的试验啤酒厂发现：全麦芽浸出浆桶中最
后倒出的沉积物能破灭泡沫。于是联想到，是否可以由
制作全麦芽浸出浆以后的酒糟压榨出有效的消泡剂？经
过试验，由酒糟中压榨出大约 40%液体，在 500C真空蒸
馏，浓缩 19倍，果然得到可用于麦芽汁发酵过程的消泡
剂。效果很好，没有副作用。经分析证明，酒糟榨出液
中存在 C8~C18的全部脂肪酸，存在极性类脂物，尤其
是卵磷脂等物，这些物质的协同作用下的消泡作用比这
些物质单独消泡作用强得多。
b啤酒花油 研究年发现向啤酒添加 1~5ppm啤酒花油是
减轻气泡溢出损失的有效措施。紧分析啤酒花油具含有
消泡活性的物质有：石竹烯、荷兰芹萜烯、香叶烯和蒎
烯等。
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（ 2）聚醚类消泡剂
聚醚类消泡剂种类很多我国常用的主要是甘油三羟基聚
醚。六十年代发明此类消泡剂，美国道康宁化学公司首
先投产。它是以甘油为起始剂，由环氧丙烷，或环氧乙
烷与环氧丙烷的混合物进行加成聚合而制成的。只在甘
油分子上加成聚合环氧丙烷的产物叫聚氧丙烯甘油定名
为 GP型消泡剂；用于链霉素发酵，代替天然油，加入基
础料，效果很好。在 GP型消泡剂的聚丙二醇链节末端再
加成环氧乙烷，成为链端是亲水基的聚氧乙烯氧丙烯甘
油，也叫 GPE型消泡剂（泡敌）。按照环氧乙烷加成量
为 10%,20%,……50% 分别称为 GPE10，
GPE20,……GPE50 。这类消泡剂称为“泡敌”。用于
四环素发酵效果很好，相当于豆油的 10~20倍。
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GP型的消泡剂亲水性差，在发泡介质中的溶解度小，
所以宜使用在稀薄的发酵液中。它的抑泡能力比消
泡能力优越，适宜在基础培养基中加入，以抑制整
个发酵过程的泡沫产生。
GPE型消泡剂亲水性较好，在发泡介质中易铺展，
消泡能力强，但溶解度也较大，消泡活性维持时间
短，因此用在粘稠发酵液中效果较好。
有一种新的聚醚类消泡剂，在 GPE型消泡剂链端用
疏水基硬脂酸酯封头，便形成两端是疏水链，当中
间隔有亲水链的嵌段共聚物。这种结构的分子易于
平卧状聚集在气液界面，因而表面活性强，消泡效
率高。这类化合物叫 GPES型消泡剂。
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（ 3）高碳醇
高碳醇是强疏水弱亲水的线型分子，在水体系里是
有效的消泡剂。七十年代初前苏联学者在阴离子、
阳离子、非离子型表面活性剂的水溶液中试验，提
出醇的消泡作用，与其在起泡液中的溶解度及扩散
程度有关。 C7~C9的醇是最有效的消泡剂。
C12~C22的高碳醇借助适当的乳化剂配制成粒度为
4~9μm，含量为 20~50%的水乳液，即是水体系的
消泡剂。
还有些成酯，如苯乙醇油酸酯、苯乙酸月桂醇酯等
在青霉素发酵中具有消泡作用，后者还可作为前体。
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（ 4）硅酮类
最常用的是聚二甲基硅氧烷，也称二甲基硅油。
它表面能低，表面张力也较低，在水及一般油中
的溶解度低且活性高。它的主链为硅氧键，为非
极性分子。与极性溶剂水不亲和，与一般油的亲
和性也很小。它挥发性低并具有化学惰性，比较
稳定且毒性小。纯粹的聚二甲基硅氧烷，不经分
散处理难以作为消泡剂。可能是由于它与水有高
的界面张力，铺展系数低，不易分散在发泡介质
上。因此将硅油混入 SiO2气溶胶，所构成的复合
物，即将疏水处理后的 SiO2气溶胶混入二甲基硅
油中，经一定温度、一定时间处理，就可制得。
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也有在硅油和 SiO2气溶胶的复合物中添加一种或两
种乳化剂，加热溶匀，与增稠剂水溶液混合后乳化。
乳化剂有甘油单硬脂酸酯，聚氧乙烯山梨糖醇单硬
脂酸酯（ Tween60）、聚氧乙烯山梨糖醇单油酸酯
（ Tween80）、山梨糖醇单硬脂酸酯（ Spen60）、
山梨糖醇三硬脂酸酯（ Spen65）。增稠剂有羧甲基
纤维素钠盐。这类消泡剂广泛用于抗生素发酵及食
品工业。
值得注意的是：消泡剂有选择性。消泡剂用多了有
毒性，而且还影响通气和气体分散，因此要少量地
加。
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小 结
泡
沫
形
成
原
因
气液接触 气体从外部进入
气体从内部产生
含助泡剂
起泡速度高于破泡速度
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发
酵
过
程
泡
沫
产
生
的
原
因
通气搅拌
培养基配比与原料组成
菌种、种子质量和接种量
灭菌质量
发酵过程起泡的利弊
有利之处：气体分散、增加气液接触面积
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有
害
之
处
降低生产能力
引起原料浪费
影响菌的呼吸
引起染菌
泡沫的性质,含有助泡剂
泡沫是热力学不稳定体系
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泡沫稳定性的因素
泡径大小
溶液所含助泡物的类型
助泡剂浓度
起泡液的粘度
温度,pH、表面电荷 等
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消
泡
剂
的
作
用
机
理
罗氏假说
泡沫液局部表面张力降低
破坏膜弹性
促使液膜排液
常
用
的
消
泡
剂
天然油脂
聚醚类消泡剂
高碳醇
硅酮类
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思考题
7.27 泡沫对发酵有哪些有益之处，哪些有害之处？
7.28 发酵中泡沫形成的原因是什么？
7.29 没有外界作用力泡沫是否稳定？在什么条件下
泡沫会稳定？
7.30 罗氏假说对泡沫稳定的条件作了如何假释？
7.31 植物油的消泡机理是什么？
7.32 对消泡剂有哪些要求？
7.33 常用的消泡剂有哪几类？
7.34 对于黏稠的发酵液应选怎样的消泡剂，对于较
稀的发酵液应选怎样的消泡剂？
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第七节 发酵过程泡沫的形成与控制
一、泡沫形成的基本理论
泡沫的定义：一般来说,泡沫是气体在液体中的
粗分散体，属于气液非均相体系
美国道康宁公司对泡沫这样定义,体积密度接近
气体，而不接近液体的“气 /液”分散体。
发酵过程起泡的利弊：气体分散、增加气液
接触面积，但过多的泡沫是有害的
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（一）泡沫形成的原因
1、气液接触
因为泡沫是气体在液体中的粗分散体，产生泡沫
的首要条件是气体和液体发生接触。而且只有气
体与液体连续、充分地接触才会产生过量的泡沫。
气液接触大致有以下两类情况：
（ 1）气体从外部进入液体，如搅拌液体时混入气
体
（ 2）气体从液体内部产生。气体从液体内部产生
时，形成的泡沫一般气泡较小、较稳定。
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2、含助泡剂
在未加助泡剂，但并不纯净的水中产生的泡沫，其
寿命在 0.5秒之内，只能瞬间存在。摇荡纯溶剂不起
泡，如蒸馏水，只有摇荡某种溶液才会起泡。
在纯净的气体、纯净的液体之外，必须存在第三种
物质，才能产生气泡。对纯净液体来说，这第三种
物质是助泡剂。当形成气泡时，液体中出现气液界
面，这些助泡剂就会形成定向吸附层。与液体亲和
性弱的一端朝着气泡内部，与液体亲和性强的一端
伸向液相，这样的定向吸附层起到稳定泡沫的作用。
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3、起泡速度高于破泡速度
起泡的难易，取决于液体的成分及所经受的条件；
破泡的难易取决于气泡和泡破灭后形成的液滴在表
面自由能上的差别；同时还取决于泡沫破裂过程进
行得多快这一速度因素。
高起泡的液体，产生的泡沫不一定稳定。体系的起
泡程度是起泡难易和泡沫稳定性两个因素的综合效
果。
泡沫产生速度小于泡沫破灭速度，则泡沫不断减少，
最终呈不起泡状态；泡沫产生速度等于泡沫破灭速
度，则泡沫数量将维持在某一平衡状态；泡沫产生
速度高于泡沫破灭速度，泡沫量将不断增加。
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4、发酵过程泡沫产生的原因
（ 1）通气搅拌的强烈程度
通气大、搅拌强烈可使泡沫增多，因此在发酵
前期由于培养基营养成分消耗少，培养基成分
丰富，易起泡。应先开小通气量，再逐步加大。
搅拌转速也如此。也可在基础料中加入消泡剂。
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（ 2）培养基配比与原料组成
培养基营养丰富，黏度大，产生泡沫多而持久，
前期难开搅拌。
例：在 50L罐中投料 10L，成分为淀粉水解糖、
豆饼水解液、玉米浆等，搅拌 900 rpm，通气，
泡沫生成量为培养基的 2倍。如培养基适当稀一
些，接种量大一些，生长速度快些，前期就容易
开搅拌。
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（ 3）菌种、种子质量和接种量
菌种质量好，生长速度快，可溶性氮源较快被
利用，泡沫产生几率也就少。菌种生长慢的可
以加大接种量
（ 4）灭菌质量
培养基灭菌质量不好，糖氮被破坏，抑制微生
物生长，使种子菌丝自溶，产生大量泡沫，加
消泡剂也无效。
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（二）起泡的危害
1、降低生产能力
在发酵罐中，为了容纳泡沫，防止溢出而降
低装量
2、引起原料浪费
如果设备容积不能留有容纳泡沫的余地，气泡
会引起原料流失，造成浪费。
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3、影响菌的呼吸
如果气泡稳定，不破碎，那么随着微生物的呼吸，
气泡中充满二氧化碳，而且又不能与空气中氧进
行交换，这样就影响了菌的呼吸。
4、引起染菌
由于泡沫增多而引起逃液，于是在排气管中粘上
培养基，就会长菌。随着时间延长，杂菌会长入
发酵罐而造成染菌。大量泡沫由罐顶进一步渗到
轴封，轴封处的润滑油可起点消泡作用，从轴封
处落下的泡沫往往引起杂菌污染。
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（三）泡沫的性质
泡沫体系有独特的性质，研究泡沫的性质，
是解决消泡问题的基础。
1、气泡间液膜的性质
泡沫中气泡间的间距很小，仅以一薄层液膜
相隔，研究液膜的性质很有代表意义，又因
为，只有含有助泡的表面活性剂，才能形成
稳定的泡沫，所以应当首先研究 表面活性剂
与液膜的关系
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表面活性剂示意图
亲水基 疏水基
如图所示，表面活性剂是由疏水基与亲水基构
成的化合物，在水中，表面活性剂的分子不停
地转动在以下两种情况下泡沫才能比较稳定，
停留时间比较长：
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第一种情况 表面活性剂的亲水基留在水相，疏
水基伸到气相中，形成定向吸附层
第二种情况 表面活性剂的疏水基在水相中互相
靠在一起，减少疏水基与水的接触，形成“胶
束”。
胶束 定向吸附层
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溶液中当表面活性剂的浓度低于临界胶束浓度
时，以第一种情况为主；表面活性剂浓度高于
临界胶束浓度时出现第二种情况。在泡沫不断
增加时，表面活性剂会从胶束中不断转移到新
产生的气液界面上
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在液相中因为水分子之间的吸引力大于水对表面活
性剂的吸引力，表面活性剂的疏水部分被水分子之
间的吸引力挤出溶液，到达气液界面。这就是表面
活性剂易于在泡沫上形成定向吸附层的原因。
表面活性剂为什么会定向排列在表面？
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2、泡沫是热力学不稳定体系
热力学第二定律指出：自发过程，总是从自由
能较高的状态向自由能较低的状态变化。起泡
过程中自由能变化如下：
△ G=γ△ A
△ G—— 自由能的变化
△ A—— 表面积的变化
γ—— 比表面能
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起泡时，液体表面积增加，△ A为正值，因而△ G
为正值，也就是说，起泡过程不是自发过程。另一
方面，泡沫的气液界面非常大，例如：半径 1cm厚
0.001cm的一个气泡，内外两面的气液界面达
25cm2；可是，当其破灭为一个液滴后，表面积只
有 0.2cm2,相差上百倍。显然，液体起泡后，表面
自由能比无泡状态高得多。泡沫破灭、合并的过程
中，△ A是一个绝对值很大的负数，也就是说泡沫
破灭、合并的过程，自由能减小的数值很大。因此
泡沫的热力学不稳定体系，终归会变成具有较小表
面积的无泡状态。
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3、泡沫体系的三阶段变化
即使外观看来平静、比较稳定的泡沫体系，泡沫
液也在不断地下落、蒸发，不断进行着下述三阶段
的变化
(1)气泡大小分布的变化
液膜包裹的一个气泡，就像一个吹鼓了的气球。由
于气球膜有收缩力，所以气球中压力大于气球外的
压力；同样气泡膜有表面张力，气泡中压力大于气
泡外的压力。气泡大小的再分布，就是由气泡膜内
气体的压力变化引起的。气泡中气体压力的大小，
依赖气泡膜的曲率半径
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由定量观点看，气泡内外压差
△ P= K校正系数
气泡的体积
整个气泡的表面张力 *
如果起泡膜很薄，内外表面积近似相等，则
△ P= =? ?
3
2
3/4
2*4
R
kR
?
??
k
R
?6
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由该式可知：压差△ P与气泡半径成反比。若气泡膜
的表面张力均相同，则小气泡中的压力比大气泡中
的压力大。因此当相邻气泡大小不同时，气泡会不
断地由小气泡高压区，经过吸附、溶解、解析，扩
散到大气泡低压区。于是小气泡进一步变小，大气
泡进一步变大。即使相邻气泡曲率半径最初差别不
大，也会由于△ P的不同，气体的扩散，泡径差别逐
渐增大，直至小泡完全并入大泡。结果气泡数目减
少，平均泡径增大，气泡大小分别发生变化
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（ 2）气泡液膜变薄
取一杯泡沫，放置一段时间，就会在杯底部出现
一些液体，而逐渐形成液相及液面上的泡沫相这
样具有界面的两层。底部出现的液体一部分是泡
沫破灭形成的，一部分是气泡膜变薄，排出液体
形成的。
泡沫生成初期，泡沫液还比较厚，以后因蒸发排
液而变薄，泡沫液会受重力的影响向下排液，泡
沫液随时间延续而变薄。
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（ 3）泡沫破灭
泡沫由于排液，液量过少，表面张力降低，液膜会急
剧变薄，最后液膜会变得十分脆弱，以至分子的热运
动都可以引起气泡破裂。因此只要泡沫液变薄到一定
程度，泡沫即瞬间破灭。
泡沫层内部的小气泡破灭后，虽一时还不能导致气
液分离，只是合并成大气泡，但排液过程使泡膜液量
大幅度减少，使合并成的大气泡快速地破灭，最后泡
沫体系崩溃，气液分离。
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（四）影响泡沫稳定性的因素
引起危害，需要消除的，只是稳定的泡
沫。泡沫的稳定性受液体、气体许多性
质的影响。不同介质的泡沫，稳定程度
相差很多，影响泡沫稳定性的因素十分
复杂，概括国内外研究者的说法，主要
因素有
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1、泡径大小
对任何泡沫体系稍加观察都会发现：大泡易于破灭，
寿命较长的的都是小泡。泡越小，合并成大气泡的历
程就越长，而且小气泡的泡膜中所含液量相对比较大，
所以较能经受液体流失所造成的稳定性的损失。
另一方面，气泡只有上升到液面才能够在破灭之后减
少泡沫体积。 气泡越小，上升速度越慢。溶液中溶解
状态或胶束状态的表面活性剂，在气泡上升的过程中，
吸附到气液界面上，形成定向吸附层。小气泡上升慢，
给表面活性剂的吸附提供充足的时间，增加了稳定性。
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2、溶液所含助泡物的类型和浓度
（ 1）降低表面张力
降低表面张力会降低相邻气泡间的压差。压差小，小
泡并入大泡的速度就慢，泡沫的稳定性就好。
（ 2）增加泡沫弹性
助泡的表面活性剂，吸附在气液界面上，使表面层的
组分与液相组分产生差别，因而使泡沫液具有可以伸
缩的称为“吉布斯弹性”的性质，对于泡沫稳定性来
说表面活性剂使液膜具有“吉布斯弹性”比降低表面
张力更重要。
k
R
?6△ P=
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吉布斯曾对泡沫液弹性做如下定义：
E=2A（ ）
E—— 膜弹性
A—— 膜面积
σ—— 表面张力
dA
d?
可以看出大，吉布斯弹性大，泡沫抵抗变形的能
力就大。大意味着：当面积发生变化时，表面张
力的变化较大，即收缩力较大，泡沫“自愈作用”
就强，泡沫也就稳定。单一组分的纯净液体，表
面张力不随表面积改变而改变，液体没有弹性，
所以纯净液体不会产生稳定的泡沫。
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（ 3）助泡剂浓度
溶液中助泡剂浓度增加，气液界面上的吸附量就
增加，液膜弹性随之增加，泡沫稳定性增高，直
至到达助泡物的临界胶束浓度为止。到达临界胶
束浓度后，气液界面上的定向排列“饱和”，弹
性不会再增加，增加胶束浓度只会增大、增多胶
束。
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3、起泡液的粘度
某些溶液，如蛋白质溶液，虽然表面张力不低，
但因粘度很高，所产生的泡沫非常稳定。因为粘
稠的液膜，有助于吸收外力的冲击，起到缓冲的
作用，使泡沫能持久一些。液体粘度对泡沫稳定
性的影响比表面张力的影响还要大。
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4、其它
*温度 表面张力最低值时的浓度随温度变化。
在最低表面张力时泡沫排液迅速，否则排液缓慢。 σ
表面活性剂浓度
20oC
75oC
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*pH 影响助泡剂的溶解度和表层的吸附状态
*表面电荷 离子型表面活性剂，水解后带电荷，
泡沫的定向吸附层为双电层结构。由于离子间静
电的排斥，阻碍着离子彼此接近，减少排液速度，
延缓泡沫变薄过程，使泡沫稳定。
－ － － －
－ － － －
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（二）、消泡剂消泡
1、消泡剂的作用机理
为了弄清消泡剂如何发挥作用，为了合理、有效地
使用消泡剂，需要了解消泡剂的作用机制及一般性
质。
泡沫本来是极不稳定的，只因助泡剂的稳泡作用才
难以破灭。人们研究消泡剂抵消助泡剂的稳泡作用
的机理是近几十年的事。下面分别介绍在消泡剂发
展历史上有重要地位的罗氏假说以及其它几种消泡
剂的作用机理。
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（ 1）罗氏假说
1941年哈金斯（ Harkinss W.D）曾提出
铺展系数 S的概念，
即,S=σF－ σFA－ σA
σF—— 起泡介质的表面张力
σFA—— 消泡剂与起泡介质的界面张力
σA—— 消泡剂的表面张力
以铺展系数 S值的正负判断消泡剂是否能
够在泡沫上扩展。 σA
σFA
σF
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1948年鲁宾逊（ Robinson,J.V）和伍兹
（ Words,W.W）提出了浸入系数 E的概念，
即
AFAF ??? ??
E=
以浸入系数 E值的正负判断消泡剂能否进入泡
沫表面。 σA
σFA
σF
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美国胶体化学家罗斯（ Ross,S.），四十年代初就开
始研究泡沫问题，对添加了各种表面活性剂的起泡
体系，进行试验和观察，寻找消泡剂在起泡液中溶
解性与消泡效力的对应关系。罗斯提出一种假说：
在溶液中，溶解状态的溶质是稳泡剂；不溶状态的
溶质，当浸入系数与铺展系数均为正值时即是消泡
剂。
罗斯认为，消泡剂的分子团，即一小滴，一接触泡
沫，首先便是浸入，之后在泡沫上扩展，局部变薄
而破裂。当浸入系数和铺展系数均为负值时，小滴
既不浸入也不扩展；当浸入系数大于零，铺展系数
为负数时小滴成棱镜状，不铺展；只有二者均为正
值时才可能是消泡剂，这种假说为消泡剂作用机理
奠定了基础。
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（ 2）与稳泡因素有关的几种消泡机理
a、消泡剂可使泡沫液局部表面张力降低，因而导
致泡沫破灭
希勒（ Shearer,L.T）和艾克斯 (Akers,W.W.)在油体
系中研究聚硅氧烷油的消泡过程。他们对泡沫体系以
1/1000秒的速度连续拍照，照片放大 100倍
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由图可以看出，硅油微粒到达泡沫表面使泡沫破灭，
气泡合并，气液迅速分离。研究发现：低浓度的，
表面张力比起泡液低的物质，如果与起泡液成为均
相，则促进起泡；如果呈饱和状态，而且被均匀分
散在起泡液中，就可能有消泡作用。附着了消泡剂
小滴的泡沫能够迅速破灭，与局部降低表面张力有
关。
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日本高野信之提出类似的观点：在起泡液中分
散的消泡剂颗粒，随着泡沫液变薄，露到表面，
因消泡剂表面张力比泡沫液低，该处受到周围
的拉伸、牵引。不断变薄，最后破灭。
把高级醇或植物油洒在泡沫上，当其附着到泡沫上，
即溶入泡沫液，会显著降低该处的表面张力。因为这
些物质一般对水的溶解度较小，表面张力降低只限于
局部，而泡沫周围的表面张力几乎没有发生变化。表
面张力降低的部分，被强烈地向四周牵引、延展，最后破裂。
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b、消泡剂能破坏膜弹性而导致气泡破灭
稳泡因素中谈到，因泡膜表面吸附表面活性剂，具有
“吉布斯弹性”，当受到外部压力时有自愈作用。
消泡剂能破坏泡膜的这种弹性。离子型表面活性剂水
溶液产生的泡沫，是因为表面活性剂定向排列形成双
电层，借助排斥作用阻碍泡沫合并而使泡沫稳定。这
种性质的泡沫，只需向体系中加入一种离子电荷相反
的表面活性剂，甚至本身也是助泡剂，就可降低泡沫
稳定性。这是因为两种表面活性剂彼此干扰，妨碍在
气液界面上定向排列，破坏了膜弹性，因而产生消泡
作用。
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C、消泡剂能促使液膜排液，因而导致气泡破灭
泡沫液厚泡沫弹性好，自愈效应强；泡膜排液速率反
映泡沫的稳定性。起泡体系的粘度越高，排液速度越
低，如蛋白质溶液，肽链之间能够形成氢键；有些表
面活性剂能与水分子形成氢键，能减少泡沫中的排液，
起到稳泡作用。
加入不产生氢键的表面活性剂，取代产生氢键的表面
活性剂，就可以使排液加快。
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还有另一方面的因素对排液速率有影响。即表面活性
剂吸附层与泡膜上两吸附层当中的泡膜液之间亲和力
的强弱。表面活性剂与泡膜液亲和性强，泡膜液随吸
附层迁移，泡沫就稳定；亲和力弱，泡膜液不随吸附
层迁移，泡沫也就不稳定。表面活性剂的 HLB值反映
这种亲和性，高 HLB的表面活性剂，亲水性强，易于
使吸附层之间的水随着迁移，是稳泡剂；低 HLB值的
表面活性剂，亲水性弱，不易使吸附层之间的水随着
迁移，往往是消泡剂。亲水性弱的低 HLB值的表面活
性剂取代了亲水性强的高 HLB值的表面活性剂，能使
泡膜吸附层之间的水不随吸附层迁移，从而促进泡膜
排液，起到消泡作用
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2、破泡剂与抑泡剂的区别
（ 1）消泡剂可分为破泡剂和抑泡剂
破泡剂是加到已形成的泡沫中，使泡沫破灭的添加剂。
如低级醇、天然油脂。一般来说，破泡剂都是其分子
的亲液端与起泡液亲和性较强，在起泡液中分散较快
的物质。这类消泡剂随着时间的延续，迅速降低效率，
并且当温度上升时，因溶解度增加，消泡效率会下降。
抑泡剂是发泡前预先添加而阻止发泡的添加剂。聚醚
及有机硅等属于抑泡剂。一般是分子与气泡液亲和性
很弱的难溶或不溶的液体
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（ 2）作用机理上的区别
破泡剂的破泡机理大致有二种。第一，吸附助泡
剂，加入电解质，瓦解双电层，及使助泡物被增
溶等机理，这样就破坏助泡物的稳泡作用。在这
些过程中消泡剂发挥一次消泡作用就被消耗。同
时消耗掉相应的助泡物。第二，低级醇等溶解性
较大的消泡剂，加到气泡液中局部降低表面张力，
发挥破泡作用，同时本身不断破为碎块，陆续溶
解而失去破泡作用。破泡过程中，破泡剂不断失
效、消耗，而助泡剂却不受影响
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抑泡机理：一般认为抑泡剂分子在气液界面上
优先被吸附，它比助泡剂的表面活性更强，更
易吸附到泡膜上，但是由于本身不赋予泡膜弹
性，所以不具备稳泡作用。这样当液体中产生
泡沫时，抑泡剂首先占据泡膜，抑制了助泡剂
的作用，抑制了气泡。
（ 3）破泡剂与抑泡剂的相互关系
溶解度大的破泡剂，消泡作用只发挥一次；溶解
度小的破泡剂，消泡作用可持续一段时间。如果溶
解度进一步降低，即成为抑泡剂。另一方面，破泡
剂大量使用，比有抑泡作用，抑泡剂大量使用也比
有破泡作用。
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3、对消泡剂的要求
（ 1）在起泡液中不溶或难溶
为破灭泡沫，消泡剂应该在泡膜上浓缩、集中。
对破泡剂的情况，应在瞬间浓缩、集中，对于抑
泡的情况应经常保持在这种状态。所以消泡剂在
起泡液中是过饱和状态，只有不溶或难溶才易于
达到过饱和状态。不溶或难溶，才易于聚集在气
液界面，才易于浓缩在泡膜上，才能在较低浓度
下发挥作用。用于水体系的消泡剂，活性成分的
分子，须为强疏水弱亲水,HLB值在 1.53范围，
作用才最好。
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（ 2）表面张力低于起泡液
只有消泡剂分子间作用力小，表面张力低于
起泡液，消泡剂微粒才能够在泡膜上浸入及
扩展。值得注意的是，起泡液的表面张力并
非溶液的表面张力，而是助泡溶液的表面张
力。
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（ 3）与起泡液有一定程度的亲和性
由于消泡过程实际上是泡沫崩溃速度与泡沫生
成速度的竞争，所以消泡剂必须能在起泡液中
快速分散，以便迅速在起泡液中较广泛的范围
内发挥作用。要使消泡剂扩散较快，消泡剂活
性成分须与起泡液具有一定程度的亲和性。消
泡剂活性成分与起泡液过亲，会溶解；过疏又
难于分散。只有亲疏适宜，效力才会好。
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（ 4）与起泡液不发生化学反应
消泡剂与起泡液发生反应，一方面消泡剂会丧
失作用，另一方面可能产生有害物质，影响微
生物的生长。
（ 5）挥发性小，作用时间长
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4、常用消泡剂的种类和性能
（ 1）天然油脂
天然油脂是最早用的消泡剂，它来源容易，价格低，
使用简单，一般来说没有明显副作用，如豆油、菜
油、鱼油等。油脂主要成分是高级脂肪酸酯和高级
一元醇酯，还有高级醇、高级烃等。但油脂如保藏
不好，易变质，使酸值增高，对发酵有毒性。此外，
有些油是发酵产物的前体，如豆油是红霉素的前体，
鱼油是螺旋霉素的前体。近年来出于对环境保护的
重视，天然产物消泡剂的地位又有些提高，而且还
在研究新的天然消泡剂
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a酒糟榨出液 罗伯茨（ Roberts R.T.）在英国酿造业研
究基金会资助的试验啤酒厂发现：全麦芽浸出浆桶中最
后倒出的沉积物能破灭泡沫。于是联想到，是否可以由
制作全麦芽浸出浆以后的酒糟压榨出有效的消泡剂？经
过试验，由酒糟中压榨出大约 40%液体，在 500C真空蒸
馏，浓缩 19倍，果然得到可用于麦芽汁发酵过程的消泡
剂。效果很好，没有副作用。经分析证明，酒糟榨出液
中存在 C8~C18的全部脂肪酸，存在极性类脂物，尤其
是卵磷脂等物，这些物质的协同作用下的消泡作用比这
些物质单独消泡作用强得多。
b啤酒花油 研究年发现向啤酒添加 1~5ppm啤酒花油是
减轻气泡溢出损失的有效措施。紧分析啤酒花油具含有
消泡活性的物质有：石竹烯、荷兰芹萜烯、香叶烯和蒎
烯等。
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（ 2）聚醚类消泡剂
聚醚类消泡剂种类很多我国常用的主要是甘油三羟基聚
醚。六十年代发明此类消泡剂，美国道康宁化学公司首
先投产。它是以甘油为起始剂，由环氧丙烷，或环氧乙
烷与环氧丙烷的混合物进行加成聚合而制成的。只在甘
油分子上加成聚合环氧丙烷的产物叫聚氧丙烯甘油定名
为 GP型消泡剂；用于链霉素发酵，代替天然油，加入基
础料，效果很好。在 GP型消泡剂的聚丙二醇链节末端再
加成环氧乙烷，成为链端是亲水基的聚氧乙烯氧丙烯甘
油，也叫 GPE型消泡剂（泡敌）。按照环氧乙烷加成量
为 10%,20%,……50% 分别称为 GPE10，
GPE20,……GPE50 。这类消泡剂称为“泡敌”。用于
四环素发酵效果很好，相当于豆油的 10~20倍。
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GP型的消泡剂亲水性差，在发泡介质中的溶解度小，
所以宜使用在稀薄的发酵液中。它的抑泡能力比消
泡能力优越，适宜在基础培养基中加入，以抑制整
个发酵过程的泡沫产生。
GPE型消泡剂亲水性较好，在发泡介质中易铺展，
消泡能力强，但溶解度也较大，消泡活性维持时间
短，因此用在粘稠发酵液中效果较好。
有一种新的聚醚类消泡剂，在 GPE型消泡剂链端用
疏水基硬脂酸酯封头，便形成两端是疏水链，当中
间隔有亲水链的嵌段共聚物。这种结构的分子易于
平卧状聚集在气液界面，因而表面活性强，消泡效
率高。这类化合物叫 GPES型消泡剂。
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（ 3）高碳醇
高碳醇是强疏水弱亲水的线型分子，在水体系里是
有效的消泡剂。七十年代初前苏联学者在阴离子、
阳离子、非离子型表面活性剂的水溶液中试验，提
出醇的消泡作用，与其在起泡液中的溶解度及扩散
程度有关。 C7~C9的醇是最有效的消泡剂。
C12~C22的高碳醇借助适当的乳化剂配制成粒度为
4~9μm，含量为 20~50%的水乳液，即是水体系的
消泡剂。
还有些成酯，如苯乙醇油酸酯、苯乙酸月桂醇酯等
在青霉素发酵中具有消泡作用，后者还可作为前体。
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（ 4）硅酮类
最常用的是聚二甲基硅氧烷，也称二甲基硅油。
它表面能低，表面张力也较低，在水及一般油中
的溶解度低且活性高。它的主链为硅氧键，为非
极性分子。与极性溶剂水不亲和，与一般油的亲
和性也很小。它挥发性低并具有化学惰性，比较
稳定且毒性小。纯粹的聚二甲基硅氧烷，不经分
散处理难以作为消泡剂。可能是由于它与水有高
的界面张力，铺展系数低，不易分散在发泡介质
上。因此将硅油混入 SiO2气溶胶，所构成的复合
物，即将疏水处理后的 SiO2气溶胶混入二甲基硅
油中，经一定温度、一定时间处理，就可制得。
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也有在硅油和 SiO2气溶胶的复合物中添加一种或两
种乳化剂，加热溶匀，与增稠剂水溶液混合后乳化。
乳化剂有甘油单硬脂酸酯，聚氧乙烯山梨糖醇单硬
脂酸酯（ Tween60）、聚氧乙烯山梨糖醇单油酸酯
（ Tween80）、山梨糖醇单硬脂酸酯（ Spen60）、
山梨糖醇三硬脂酸酯（ Spen65）。增稠剂有羧甲基
纤维素钠盐。这类消泡剂广泛用于抗生素发酵及食
品工业。
值得注意的是：消泡剂有选择性。消泡剂用多了有
毒性，而且还影响通气和气体分散，因此要少量地
加。
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小 结
泡
沫
形
成
原
因
气液接触 气体从外部进入
气体从内部产生
含助泡剂
起泡速度高于破泡速度
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发
酵
过
程
泡
沫
产
生
的
原
因
通气搅拌
培养基配比与原料组成
菌种、种子质量和接种量
灭菌质量
发酵过程起泡的利弊
有利之处：气体分散、增加气液接触面积
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有
害
之
处
降低生产能力
引起原料浪费
影响菌的呼吸
引起染菌
泡沫的性质,含有助泡剂
泡沫是热力学不稳定体系
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泡沫稳定性的因素
泡径大小
溶液所含助泡物的类型
助泡剂浓度
起泡液的粘度
温度,pH、表面电荷 等
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消
泡
剂
的
作
用
机
理
罗氏假说
泡沫液局部表面张力降低
破坏膜弹性
促使液膜排液
常
用
的
消
泡
剂
天然油脂
聚醚类消泡剂
高碳醇
硅酮类
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思考题
7.27 泡沫对发酵有哪些有益之处，哪些有害之处？
7.28 发酵中泡沫形成的原因是什么？
7.29 没有外界作用力泡沫是否稳定？在什么条件下
泡沫会稳定？
7.30 罗氏假说对泡沫稳定的条件作了如何假释？
7.31 植物油的消泡机理是什么？
7.32 对消泡剂有哪些要求？
7.33 常用的消泡剂有哪几类？
7.34 对于黏稠的发酵液应选怎样的消泡剂，对于较
稀的发酵液应选怎样的消泡剂？
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