Vaahto on yleinen ongelma teollisessa käymisessä, ja jos sitä ei hallita kunnolla, se voi häiritä koko prosessia. Vaahdon muodostumisen, sen aiheuttamien ongelmien ja sen hallinnan ymmärtäminen on olennaista sujuvan ja tehokkaan käymisen kannalta.
Fermentaatiossa käytettävät vaahtotyypit
Käymisen aikana esiintyy yleensä kahdenlaisia vaahtoja. Ensimmäinen tyyppi muodostuu nesteen pinnalle. Tämä pintavaahto on kevyttä, täynnä kaasua ja selvästi erillään alla olevasta nesteestä. Sitä esiintyy usein käymisen alkuvaiheissa tai ohuissa siemenviljelmissä.
Toinen tyyppi on monimutkaisempi ja esiintyy paksummissa käymisnesteissä, erityisesti rihmastoa sisältävissä nesteissä. Tämä vaahto on hienojakoista, vakaata ja sekoittuu tasaisesti ympäröivään nesteeseen. Kun siirrytään säiliön pohjalta yläosaan, nesteen kaasupitoisuus kasvaa vähitellen, mikä tekee vaahdosta tiheämpää lähellä pintaa.
Miksi vaahtoa muodostuu käymisen aikana
Vaahto muodostuu useista syistä:
- Tuuletus ja sekoitus: Suuri ilman ja sekoituksen määrä voi luoda enemmän vaahtoa, erityisesti prosessin alkuvaiheessa, kun viljelyalusta on vielä rikas ja reaktiivinen. Ilman virtauksen ja sekoitusnopeuden vähentäminen alkuvaiheessa ja sen asteittainen lisääminen voi auttaa minimoimaan vaahdon muodostumista. Vaahdonestoaineita voidaan tarvittaessa lisätä myös tässä vaiheessa.
- Kasvualustan koostumus ja viskositeetti: Ravintopitoiset, paksut kasvualustat vaahtoavat todennäköisemmin ja niitä on vaikeampi sekoittaa. Nämä olosuhteet edistävät vakaan ja pysyvän vaahdon muodostumista.
- Kannan tyyppi ja inokulaatiokoko: Nopeasti kasvavat kannat käyttävät ravinteet nopeasti ja tuottavat vähemmän vaahtoa. Hitaammin kasvavat kannat saattavat tarvita suuremman inokulaatiomäärän liiallisen vaahdon estämiseksi.
- Steriloinnin laatu: Huono sterilointi voi vahingoittaa ravinteita, estää mikrobien kasvua ja johtaa solujen hajoamiseen, mikä lisää vaahdon tuotantoa. Tällaisissa tapauksissa edes vaahdonestoaineiden lisääminen ei välttämättä auta.
Vaahdon vaikutus
Hallitsematon vaahto voi aiheuttaa useita ongelmia käymisen aikana:
- Pienentää säiliön tehollista tilavuutta ja siten alentaa laitteiden käyttöastetta.
- Luo epätasaisen mikrobiympäristön.
- Lisää kontaminaatioriskiä.
- Voi johtaa tuotteen hävikkiin.
- Sitoo kaasuja, mikä vaikuttaa hapen siirtymiseen ja aineenvaihduntaprosesseihin.
- Saattaa aiheuttaa solujen ennenaikaista hajoamista.
- Vaikeuttaa jälkiuuttoa, jos vaahdonestoaineita ei valita huolellisesti.
Vaahdon havaitseminen ja hallinta
Helpoin tapa havaita vaahto on tarkkailla käymissäiliön tarkastuslasia. Jos vaahto jatkaa nousuaan, vaahdonestoainetta voidaan lisätä manuaalisesti.
Kehittyneempää ohjausta varten antureita voidaan asentaa säiliön yläosaan. Kun vaahto saavuttaa anturin, se lähettää signaalin vaahdonestoaineen automaattiseksi lisäämiseksi varastosäiliöstä. Kun vaahdon taso laskee, signaali pysähtyy ja vaahdonestoaineen lisäys keskeytetään.
Vaahtoa voidaan hallita fysikaalisilla tai kemiallisilla menetelmillä:
Fyysinen vaahdonesto
Tämä menetelmä perustuu mekaaniseen voimaan vaahdon hajottamiseen. Se voidaan tehdä säiliön sisällä käyttämällä laitteita, kuten vaahdonhajotuslapoja, tai säiliön ulkopuolella poistamalla vaahto ja erottamalla neste, jonka jälkeen se palautetaan.
Hyvät puolet: Ei kemiallista kontaminaatiota, ympäristöystävällinen, edullinen.
Huonot puolet: Ei puutu vaahdon muodostumisen perimmäisiin syihin.
Kemiallinen vaahdonesto
Tämä tarkoittaa vaahtomuoviin rakenteen epävakautta aiheuttavien aineiden lisäämistä. Nämä kemikaalit voivat neutraloida sähkövarauksia tai vähentää vaahdon pintajännitystä, mikä aiheuttaa sen romahtamisen.
Hyvät puolet: Erittäin tehokas ja nopeasti vaikuttava.
Huonot puolet: Jotkut vaahdonestoaineet voivat häiritä hapen siirtymistä tai vaikeuttaa jatkokäsittelyä, jos niitä ei valita huolellisesti.
Vaahdonestoaineiden tyypit
- Luonnolliset öljyt: Kuten maissi, riisileseet, soijapavut, puuvillansiemenet, kalaöljy ja sianliha. Nämä ovat biohajoavia ja turvallisia useimmissa prosesseissa.
- Polyeetteripohjainen: Yleisesti tuotannossa käytetty, mukaan lukien polyoksipropyleeniglyseroli ja polyoksietyleenipropyleeniglykoli. Sopii bakteerikäymiseen.
- Korkeammat alkoholit: Kuten oktadekanoli, käytetään joskus kantajan kanssa. Kylmäpuristettu sianliha toimii hyvin penisilliinin tuotannossa. Polyetyleeniglykoli tarjoaa pitkäkestoisen vaahdonhallinnan.
- Silikonipohjaiset: Kuten polydimetyylisiloksaani. Nämä ovat erittäin tehokkaita, erityisesti matalan emäksisyyden bakteerikäymisissä.
Oikean vaahdonestoaineen valitseminen
Vaahdonpoistajaa valittaessa on otettava huomioon useita tekijöitä:
- Sen on oltava turvallinen käymisprosessille ja lopputuotteelle.
- Sen tulee kestää sterilointi rikkomatta tai syövyttämättä laitteita.
- Se ei saa häiritä antureita (esim. pH- tai happiantureita).
- Sen pitäisi olla kohtuuhintaista ja helposti saatavilla.
- Sen tulisi toimia nopeasti ja kestää riittävän kauan estääkseen vaahdon uudelleenmuodostumisen.
- Sen ei pitäisi vaikuttaa hapen siirtymiseen tai aiheuttaa ongelmia tuotteen uuttamisen aikana.
Vaahto on luonnollinen osa käymistä, mutta siitä voi tulla vakava ongelma, jos sitä ei hallita. Ymmärtämällä syyt ja käyttämällä oikeaa yhdistelmää valvontatekniikoita, fyysisiä torjuntamenetelmiä ja kemiallisia vaahdonestoaineita on mahdollista pitää vaahto hallinnassa ja varmistaa sujuva ja tehokas käymisprosessi.
