Skum är ett vanligt problem vid industriell jäsning, och om det inte kontrolleras ordentligt kan det störa hela processen. Att förstå hur skum bildas, vilka problem det kan orsaka och hur man hanterar det är avgörande för en smidig och effektiv jäsning.
Typer av skum vid jäsning
Det finns generellt två typer av skum som uppstår under jäsningen. Den första typen bildas på vätskans yta. Detta ytskum är lätt, fyllt med gas och tydligt separerat från vätskan under. Det uppträder ofta i de tidiga stadierna av jäsningen eller i tunna frökulturer.
Den andra typen är mer komplex och förekommer i tjockare fermenteringsvätskor, särskilt de som innehåller mycel. Detta skum är fint dispergerat, stabilt och blandas smidigt med den omgivande vätskan. När man rör sig från botten till toppen av tanken ökar gaskoncentrationen i vätskan gradvis, vilket gör skummet tätare nära ytan.
Varför skum bildas under jäsning
Skum bildas av flera anledningar:
- Ventilation och omrörning:Hög luftmängd och omrörning kan skapa mer skum, särskilt tidigt i processen när odlingsmediet fortfarande är rikt och reaktivt. Att minska luftflödet och omrörningshastigheten tidigt och sedan öka det gradvis kan bidra till att minimera skumbildning. Skumdämpare kan också tillsättas under denna fas vid behov.
- Mediumkomposition och viskositet: Näringsrika, tjocka odlingsmedier har större benägenhet att skumma och är svårare att röra om. Dessa förhållanden främjar ett stabilt och ihållande skum.
- Stamtyp och inympningsstorlek: Snabbväxande sorter förbrukar snabbt näringsämnen och producerar mindre skum. Långsammare växande sorter kan behöva en högre inympningsvolym för att förhindra för mycket skum.
- Steriliseringskvalitet: Dålig sterilisering kan skada näringsämnen, hämma mikrobiell tillväxt och leda till cellnedbrytning, vilket ökar skumproduktionen. I sådana fall kanske inte ens tillsats av skumdämpare hjälper.
Skummets inverkan
Okontrollerat skum kan orsaka flera problem under jäsningen:
- Minskar tankens effektiva volym, vilket sänker utrustningens utnyttjandegrad.
- Skapar en ojämn mikrobiell miljö.
- Ökar risken för kontaminering.
- Kan leda till produktförlust.
- Fångar gaser, vilket påverkar syreöverföring och metaboliska processer.
- Kan orsaka att celler bryts ner i förtid.
- Gör nedströms extraktion svårare om skumdämpare inte väljs noggrant.
Upptäcka och kontrollera skum
Det enklaste sättet att upptäcka skum är att observera jäsningstankens synglas. Om skummet fortsätter att stiga kan skumdämpare tillsättas manuellt.
För mer avancerad styrning kan sensorer installeras nära tankens topp. När skum når sensorn skickar den en signal för att automatiskt tillsätta skumdämpare från en lagringstank. När skumnivån sjunker stoppas signalen och tillsatsen av skumdämpare avbryts.
Skum kan kontrolleras genom fysikaliska eller kemiska metoder:
Fysisk skumdämpning
Denna metod använder mekanisk kraft för att bryta ner skum. Det kan göras inuti tanken med hjälp av anordningar som skumbrytande paddlar eller utanför tanken genom att ta bort skum och separera vätskan och sedan återföra den.
Fördelar: Ingen kemisk kontaminering, miljövänlig, låg kostnad.
Nackdelar: Tar inte itu med grundorsakerna till skumbildning.
Kemisk skumdämpning
Detta innebär att man tillsätter ämnen som destabiliserar skumstrukturen. Dessa kemikalier kan neutralisera elektriska laddningar eller minska ytspänningen i skummet, vilket får det att kollapsa.
Fördelar: Mycket effektiva och snabbverkande.
Nackdelar: Vissa skumdämpare kan störa syreöverföringen eller försvåra nedströms bearbetning om de inte väljs noggrant.
Typer av skumdämpare
- Naturliga oljor: Såsom majs, riskli, sojabönor, bomullsfröolja, fiskolja och ister. Dessa är biologiskt nedbrytbara och säkra för de flesta processer.
- Polyeterbaserad: Vanlig i produktion, inklusive polyoxipropylenglycerol och polyoxietylenpropylenglykol. Lämplig för bakteriell fermentering.
- Högre alkoholer: Liksom oktadekanol, används ibland med en bärare. Kallpressad ister fungerar bra vid penicillinproduktion. Polyetylenglykol ger långvarig skumkontroll.
- Silikonbaserade: Såsom polydimetylsiloxan. Dessa är mycket effektiva, särskilt vid bakteriell fermentering med låg alkalinitet.
Att välja rätt skumdämpare
När man väljer ett skumdämpande medel bör man beakta flera faktorer:
- Det måste vara säkert för jäsningsprocessen och slutprodukten.
- Den ska tåla sterilisering utan att utrustningen går sönder eller korroderar.
- Den får inte störa sensorer (t.ex. pH- eller syresensorer).
- Det borde vara prisvärt och lättillgängligt.
- Den bör verka snabbt och hålla tillräckligt länge för att förhindra skumbildning.
- Det bör inte påverka syreöverföringen eller orsaka problem under produktutvinning.
Skum är en naturlig del av jäsning men kan bli ett allvarligt problem om det lämnas ohanterligt. Genom att förstå orsakerna och använda rätt kombination av övervakningstekniker, fysiska kontroller och kemiska skumdämpare är det möjligt att hålla skummet under kontroll och säkerställa en smidig och effektiv jäsningsprocess.
