消泡劑在生物發(fā)酵過程中的應(yīng)用研究進(jìn)展

曹家明

（上海澤潤(rùn)生物科技有限公司，上海 201203）

消泡劑也稱消沫劑，是在食品加工過程中降低表面張力，抑制泡沫產(chǎn)生或消除已產(chǎn)生泡沫的食品添加劑。我國(guó)許可使用的消泡劑有乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯復(fù)合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚和聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷等7種。目前，消泡劑被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥行業(yè)及調(diào)味品、乳制品、豆制品、飲料、制糖業(yè)、酶制劑等食品工業(yè)；然而，消泡劑的添加往往根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，很少有理論或數(shù)據(jù)來支撐。

泡沫可定義為液體介質(zhì)中穩(wěn)定的氣體，是一種氣體在液體中的分散體系，氣體成為許多氣泡被連續(xù)相的液體分隔開來，氣體是分散相，液體是分散介質(zhì)。目前，在單克隆抗體、重組蛋白、抗生素、酶制劑、有機(jī)酸、燃料乙醇等的發(fā)酵生產(chǎn)過程中，由于通氣、攪拌、培養(yǎng)基中糖和蛋白質(zhì)的存在、細(xì)胞及代謝產(chǎn)物的積累等原因必然產(chǎn)生大量的泡沫[1-3]。這些泡沫的存在對(duì)微生物培養(yǎng)過程、菌體收集、產(chǎn)物分離等工序都會(huì)產(chǎn)生影響[4-5]。大量持久的泡沫如不能及時(shí)消泡，會(huì)造成罐內(nèi)供氧量不足，尾氣過濾器堵塞，罐壓升高，菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成抑制，甚至?xí)l(fā)生逃夜現(xiàn)象，降低發(fā)酵設(shè)備裝料系數(shù)和利用率，增加染菌風(fēng)險(xiǎn)[3，6-8]。若不能很好地解決泡沫問題，將會(huì)對(duì)發(fā)酵工業(yè)造成巨大影響。

防止泡沫形成的方法有兩種，一種是機(jī)械消泡，一種是化學(xué)消泡（添加消泡劑）[9-10]。由于機(jī)械消泡效果欠佳、易受環(huán)境制約、投資大，目前已少有廠家使用。消泡劑具有消泡速度快，效果明顯等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于發(fā)酵工業(yè)中[11-12]。國(guó)內(nèi)外有關(guān)消泡劑使用的文獻(xiàn)較多，已有研究表明消泡劑會(huì)導(dǎo)致流體動(dòng)力學(xué)特性和傳質(zhì)性能的降低，對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)速率，細(xì)胞形態(tài)和產(chǎn)物合成產(chǎn)生影響，這些影響可能有利于可溶性蛋白質(zhì)的表達(dá)系統(tǒng)，如增加α-淀粉酶和綠色熒光蛋白（green fluorescent protein，GFP）的分泌，或通過生物量增加而實(shí)現(xiàn)更高的蛋白產(chǎn)量[3]。然而，在某些情況下，消泡劑可能對(duì)細(xì)胞和蛋白質(zhì)表達(dá)產(chǎn)生不利影響，并且這種影響根據(jù)所表達(dá)的蛋白質(zhì)不同而變化[13]。目前的研究都是片段化的，還沒有學(xué)者對(duì)消泡劑在發(fā)酵過程中的應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)的研究與總結(jié)。因此，本文將對(duì)消泡劑的性能評(píng)價(jià)、消泡機(jī)制、對(duì)發(fā)酵過程的影響及影響機(jī)制等問題進(jìn)行論述，以期為生物發(fā)酵過程中消泡劑的應(yīng)用提供參考和依據(jù)。

1 消泡劑及其性能研究

發(fā)酵工業(yè)常用的消泡劑主要有礦物油、有機(jī)硅消泡劑、聚醚消泡劑和聚醚改性硅油消泡劑[14-15]。目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有多家公司提供商用消泡劑產(chǎn)品，如陶氏、巴斯夫、Sigma-Aldrich、道康寧、中迪美、賽歐信越、中聯(lián)邦、深圳大洋等。由于各公司提供的消泡劑信息很少，不同的發(fā)酵體系性質(zhì)又各不相同，每一種消泡劑都有其特定適用范圍。因而需要對(duì)消泡劑的性能進(jìn)行研究，以選取合適的消泡劑產(chǎn)品。

消泡劑的性能主要體現(xiàn)在消除已產(chǎn)生的泡沫和抑制泡沫形成兩方面。目前對(duì)于消泡劑的性能評(píng)價(jià)還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，主要是在實(shí)驗(yàn)中相互比較來評(píng)判。消泡劑性能測(cè)試的方法主要有循環(huán)鼓泡法、振蕩法、羅斯-邁爾斯法、高速攪拌法、泵循環(huán)噴射法[16]。這些方法都是利用泡沫體積的變化來比較消泡劑的消泡性能，只是消泡劑的加入時(shí)機(jī)有所不同。國(guó)內(nèi)生物發(fā)酵行業(yè)主要采用循環(huán)鼓泡法來測(cè)試消泡劑的性能，而國(guó)外主要采用循環(huán)鼓泡法和振蕩法[17]。

ROUTLEDGE S J等[18]考察了消泡劑A、消泡劑C、J673A、P2000、SB2121的消泡性能，發(fā)現(xiàn)5種消泡劑都具有較好的消泡效果，絕大多數(shù)泡沫在1 min內(nèi)被消除。馬曉梅等[19]研究發(fā)現(xiàn)，聚醚類（GPE-6330，GP-6301）和有機(jī)硅類（L-101a、L-104a）消泡劑的消泡時(shí)間都＜15s，顯著低于豆油的81.3 s（P＜0.05）；GPE-6330、L-101a和L-104a的抑泡能力都＜350mL，顯著低于GP-6301和豆油的900 mL（P＜0.05）。劉躍等[20]研究發(fā)現(xiàn)，磷酸三丁酯、HR聚醚消泡劑、XP101有機(jī)硅消泡劑、SXP107有機(jī)硅聚醚消泡劑、THIX-298發(fā)酵專用消泡劑均能快速消泡（＜4 s），XP101、SXP107、THIX-298及磷酸三丁酯具有較好的抑泡效果（＞300 s），而HR和TBP的抑泡效果較差（＜270 s）。魏浩等[21]也獲得類似的研究結(jié)果，其發(fā)現(xiàn)有機(jī)硅消泡劑的抑泡效果最好（＞300 s），而聚醚消泡劑和豆油的抑泡效果差（＜25 s）。朱文浩等[22]考察了紅油粉、PPE消泡劑、100F有機(jī)硅消泡劑、有機(jī)硅消泡劑、N型消泡劑、高效消泡劑的性能，發(fā)現(xiàn)高效消泡劑消抑泡時(shí)間達(dá)到585 s，顯著高于其他4款消泡劑（≤150 s）（P＜0.05）。崔耀軍等[23]研究發(fā)現(xiàn)，添加發(fā)酵專用消泡劑LB-625在2 s內(nèi)破除泡沫，且在60 h內(nèi)未見明顯泡沫，性能明顯優(yōu)于泡敵和KY-2118。李月娥等[24]研究發(fā)現(xiàn)，聚醚消泡劑的綜合性能隨著消泡劑濃度的增加而降低，10%～30%的消泡劑效果最佳。滿小林等[14]考察了自制復(fù)配消泡劑的性能，發(fā)現(xiàn)該消泡劑消泡時(shí)間約3 s，抑泡時(shí)間95 min左右，兼具聚醚消泡劑和硅油消泡劑的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到了協(xié)同增效的效果。

消泡劑性能測(cè)試結(jié)果受到測(cè)試方法、測(cè)試液、測(cè)試體積、消泡劑種類、消泡劑濃度及添加量等多種因素的影響，不同的測(cè)試環(huán)境中可能會(huì)得到不同的結(jié)論，因此無法宏觀的去比較消泡劑性能，必須根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)條件選擇合適的測(cè)試方法，以獲得最佳結(jié)果。

2 消泡機(jī)制

消泡劑的作用機(jī)理比較復(fù)雜，至今未能形成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。主要的消泡機(jī)理包括橋接-去濕，橋接-拉伸和擴(kuò)散流體夾帶[25]。對(duì)于聚硅氧烷消泡劑，消泡機(jī)制為橋接-去濕和橋接-拉伸機(jī)制，當(dāng)消泡劑油滴進(jìn)入泡沫薄膜表面變形成透鏡形狀，就會(huì)產(chǎn)生橋接-去濕作用[26]。當(dāng)薄膜變薄，這個(gè)透鏡結(jié)構(gòu)就會(huì)進(jìn)入泡沫薄膜的相對(duì)表面并形成橋，通過毛細(xì)作用力使薄膜從油橋上脫濕，導(dǎo)致薄膜破裂，氣泡消失。通過橋接-拉伸作用，油滴橋接泡沫薄膜表面形成油橋，油橋在水相的牽引下產(chǎn)生拉伸作用，破壞液膜的力學(xué)平衡，使液膜變得不穩(wěn)定并在最薄區(qū)域發(fā)生破裂，從而破壞整個(gè)泡沫結(jié)構(gòu)[27-28]。在一個(gè)既定的環(huán)境中，兩種機(jī)制度可能同時(shí)發(fā)生，其主要取決于去濕和拉伸的速度，目前還沒有理論模型來解釋。魯亞青等[29]借助顯微鏡發(fā)現(xiàn)自制的聚醚改性硅油消泡過程符合橋接-拉伸機(jī)理。一般而言，高黏度消泡劑遵循橋接-去濕機(jī)制，而低黏度消泡劑遵循橋接-拉伸機(jī)制[30]。無論遵循哪種消泡機(jī)制，都是通過破壞泡沫的穩(wěn)定因素實(shí)現(xiàn)消泡。

3 消泡劑的生物學(xué)效應(yīng)

3.1 消泡劑對(duì)生物發(fā)酵過程溶氧的影響

好氧微生物的生長(zhǎng)、繁殖及表達(dá)外源蛋白均需要大量的氧氣。氧氣傳遞速率（oxygen transfer rate，OTR）取決于kLa和C*-CL，其中C*是與氣液平衡的液相氧飽和濃度，CL是溶解氧濃度，kLa是溶氧傳遞系數(shù)[31]。發(fā)酵體系中的kLa受多種因素影響，如培養(yǎng)基、菌種、代謝產(chǎn)物、消泡劑等[31]。氧氣在聚硅氧烷消泡劑中的溶解度大于水，消泡劑可能會(huì)從上升的氣泡中積聚氧氣，并將其釋放到液體中。表面破裂的氣泡也會(huì)分散消泡劑油滴，導(dǎo)致更多的氧氣被釋放[32]。因此，為了確保發(fā)酵體系獲得最佳氧氣傳遞，需要評(píng)價(jià)不同濃度的消泡劑對(duì)溶氧的影響。

KOCHV等[33]研究發(fā)現(xiàn)，不含硅消泡劑對(duì)氧氣傳遞沒有太大影響，含硅消泡劑在發(fā)酵初始階段對(duì)氧氣傳遞有顯著影響，但是這種影響隨著發(fā)酵的進(jìn)行逐漸減弱，60～100min后完全消失。有文獻(xiàn)報(bào)道在釀酒酵母發(fā)酵中添加0.25%（V/V）的消泡劑，kLa增加到90%；消泡劑添加量低于0.25%（V/V）時(shí)，kLa有所降低[34]。ROUTLEDGE S J等[18]的研究結(jié)果正好相反，其發(fā)現(xiàn)kLa在0.4%～0.6%（V/V）的消泡劑中較高，而在0.6%～1.0%（V/V）的消泡劑中逐漸降低。這是因?yàn)閹孜粚W(xué)者使用不同的發(fā)酵體系，而消泡劑對(duì)不同體系中溶氧的影響還未建立統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，從而得出不同的研究結(jié)論。

3.2 消泡劑對(duì)原核生物發(fā)酵的影響

魏浩等[21]研究發(fā)現(xiàn)，聚醚類消泡劑能顯著促進(jìn)植物內(nèi)生菌解淀粉芽孢桿菌（Bacillus amyloliquefaciens）ES-2的生長(zhǎng)，發(fā)酵24h時(shí)菌體干質(zhì)量為對(duì)照（未添加消泡劑）的21.4倍，而豆油能夠促進(jìn)抗菌肽的合成，其表面活性肽（surfactin）和（fengycin）的含量分別是對(duì)照的24.61倍和13.29倍。崔耀軍[23]通過小試和工業(yè)化批次生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)發(fā)酵專用消泡劑LB-625對(duì)菌體基本無影響，跟敵泡和有機(jī)硅消泡劑相比，對(duì)中溫α-淀粉酶酶活力有一定提高。

ANDERSSONE等[35]考查不同濃度的PEG3350和PEG600對(duì)枯草芽孢桿菌（Bacillussubtilis）和解淀粉芽孢桿菌（Bacillus amyloliquefaciens）合成α-淀粉酶的影響。研究發(fā)現(xiàn)在添加8%PEG600及5%PEG3350條件下，枯草芽孢桿菌合成的α-淀粉酶增加1倍，而添加9%PEG3350抑制α-淀粉酶合成，此外，添加20%PEG600能夠促進(jìn)枯草芽孢桿菌合成α-淀粉酶，但抑制解淀粉芽孢桿菌對(duì)α-淀粉酶的合成。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞形態(tài)在雙水相體系發(fā)生變化，PEG可能與細(xì)胞壁相互作用，使枯草芽孢桿菌細(xì)胞變得更親水，解淀粉芽孢桿菌細(xì)胞變得更加疏水。PEG對(duì)兩種芽孢桿菌影響差異可能是由于對(duì)細(xì)胞壁或膜的作用造成。

RAO J L U M等[36]研究了不同分子質(zhì)量的PEG對(duì)地?zé)嵫挎邨U菌分泌α-淀粉酶的影響。研究發(fā)現(xiàn)0.5%分子質(zhì)量＞4 000 Da的PEG導(dǎo)致α-淀粉酶比活降低，效價(jià)增加；而較低分子量的PEG導(dǎo)致α-淀粉酶比活增加，效價(jià)降低。當(dāng)PEG濃度＞0.5%時(shí)，α-淀粉酶的產(chǎn)量下降。作者認(rèn)為α-淀粉酶效價(jià)的增加可能是由于生物體膜磷脂的改變，提高了酶的分泌。

KOCH V等[37]研究發(fā)現(xiàn)，S184（硅油），SLM54474（聚丙二醇（poly propylene glycol，PPG）），VP1133（硅油/PPG混合物）對(duì)菌體生長(zhǎng)（菌體濃度、比生長(zhǎng)速率、葡萄糖消耗）及產(chǎn)物合成沒有顯著影響；而SE9（10%S184）能夠顯著促進(jìn)大腸桿菌（Escherichia coli）K12的生長(zhǎng)及產(chǎn)物合成，其菌體濃度是其他消泡劑的2倍左右。SLM54474、S184、VP1133、對(duì)產(chǎn)物活性也有一定的影響，隨著SLM54474及VP1133濃度的增加而β-半乳糖苷酶活性逐漸增加，隨著S184濃度的增加而β-半乳糖苷酶活性逐漸降低。

劉躍等[7]研究發(fā)現(xiàn)，在發(fā)酵培養(yǎng)基中0.10%的磷酸三丁酯和0.06%THIX-298聚醚改性硅油能顯著提高埃博霉素A/B（分別提高31.41%/18.05%和48.12%/48.55%），其他消泡劑對(duì)菌體和產(chǎn)量影響較小。為了探究消泡劑對(duì)纖維堆囊菌生長(zhǎng)和埃博霉素產(chǎn)量提高的原因，作者對(duì)發(fā)酵過程中的pH、還原糖、氨基酸態(tài)氮，α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體（oxoglutarate dehydrogenase complex，OGDHC）酶活進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)THIX-298聚醚改性硅油能夠促進(jìn)菌體對(duì)氨基氮和還原糖的利用，pH環(huán)境變化也較為緩和，從而使菌體量增加，相應(yīng)的埃博霉素產(chǎn)量也得到提高，說明THIX-298聚醚改性硅油提高埃博霉素的原因與提高菌體量有關(guān)。

3.3 消泡劑對(duì)真核生物發(fā)酵的影響

馬曉梅等[19]在馬鈴薯葡萄糖瓊脂（potato dextrose agar，PDA）培養(yǎng)基中分別加入0.1%、0.4%、0.7%（V/V）的10種消泡劑，考察消泡劑對(duì)棘孢木霉菌株Tr148c生長(zhǎng)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)天然油（豆油）、聚醚類（GPE-6330，GP-6301）和有機(jī)硅類（L-101a、L-104a）對(duì)Tr148c的菌絲生長(zhǎng)抑制作用顯著弱于其他消泡劑（P＜0.05）。在10 L發(fā)酵罐中進(jìn)行108 h的發(fā)酵驗(yàn)證，L-101a的產(chǎn)孢量（2.25×108個(gè)/mL）顯著高于L-104a（1.45×108個(gè)/mL）和GPE-6330（1.65×108個(gè)/mL）（P＜0.05）。

HOLMES W等[38]研究發(fā)現(xiàn)，釀酒酵母和巴斯德畢赤酵母在搖瓶培養(yǎng)基中表達(dá)重組Fc融合蛋白都受到消泡劑類型、濃度以及所用培養(yǎng)基的的影響，巴斯德畢赤酵母（Pichia pastoris）的生物量隨著J673A消泡劑濃度（0～8%）（V/V）的增加而增加；釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）的生物量隨著SB2121消泡劑濃度（0～8%）（V/V）的增加而降低；8%的消泡劑C對(duì)釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）的生長(zhǎng)沒有影響。雖然高濃度的消泡劑能夠促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)，濃度＞1%的消泡劑就會(huì)引起重組蛋白質(zhì)表達(dá)量下降。覃先武等[39]研究消泡劑對(duì)面包酵母發(fā)酵產(chǎn)量和酵母活力的影響中也有類似發(fā)現(xiàn)，J763消泡劑對(duì)酵母生長(zhǎng)基本沒有影響，獲得的干酵母活力達(dá)到730 mLCO2/h，而GPE5005、PPG2000及二甲基硅油對(duì)酵母生長(zhǎng)的抑制作用逐漸增加，獲得的干酵母活力也逐漸降低。MUKAIYAMA H等[40]研究發(fā)現(xiàn)，0.1%的PEG8000能夠改善人轉(zhuǎn)鐵蛋白（human transferrin，HTF）的分泌，而1%的PEG8000對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)有抑制作用。hTF分泌增加是由于PEG改變了細(xì)胞的磷脂組成。

ROUTLEDGESJ等[18]研究了5種消泡劑對(duì)巴斯德畢赤酵母生產(chǎn)重組綠色熒光蛋白（green fluorescent protein，GFP）的影響。發(fā)現(xiàn)添加0～1%）（V/V）的消泡劑A、消泡劑C、J673A、P2000、SB2121會(huì)增加重組GFP的表達(dá)量，P2000、SB2121和J673A促使GFP表達(dá)量幾乎增加1倍。然而只有消泡劑A，消泡劑C和J673A組的GFP的單位菌體產(chǎn)率增加，這表明由于添加P2000和SB2121組GFP總產(chǎn)量的增加可能是因?yàn)榧?xì)胞的生長(zhǎng)特征的改變。添加0.8%消泡劑C組在對(duì)數(shù)期的比生長(zhǎng)速率最慢，而J673A、P2000和SB2121組生長(zhǎng)速率較高。作者采用碘化丙錠排除和流式細(xì)胞術(shù)測(cè)量，發(fā)現(xiàn)消泡劑不影響細(xì)胞的活力及培養(yǎng)基中的溶解氧濃度。通過比較流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)細(xì)胞中保留的GFP與熒光測(cè)定法在培養(yǎng)基中保留的GFP，發(fā)現(xiàn)消泡劑A，消泡劑C或J673A是通過增加分泌到培養(yǎng)基中的比例來增加GFP的特定產(chǎn)率。隨后，該學(xué)者又將GFP研究中篩選出的最佳消泡劑濃度應(yīng)用于人腺苷2a受體（human adenosine 2a receptor，hA2aR）的表達(dá)研究，發(fā)現(xiàn)該濃度的消泡劑雖然有利于GFP的表達(dá)，但是對(duì)hA2aR的表達(dá)產(chǎn)生不利影響，目的蛋白產(chǎn)率低于對(duì)照組[3]。

3.4 消泡劑對(duì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞發(fā)酵的影響

VELUGULA-YELLELASR等[41]研究了非有機(jī)硅類（消泡劑204）和有機(jī)硅消泡劑（消泡劑C，SE-15，Y-30和EX-Cell）在ProCHO 5，PowerCHO 2和EX-Cell Advanced三種培養(yǎng)基中對(duì)CHO DG44細(xì)胞生長(zhǎng)和嵌合IgG1抗體產(chǎn)量的影響。研究發(fā)現(xiàn)消泡劑204和Y-30對(duì)細(xì)胞有毒性并抑制細(xì)胞生長(zhǎng)，含Y-30消泡劑的Power-CHO 2培養(yǎng)基中細(xì)胞能存活，但活細(xì)胞密度積分（integral of viable cell density，IVCD）和比生產(chǎn)率顯著低于消泡劑C（P＜0.05），EX-Cell和SE-15組。消泡劑C，EX-Cell和SE-15的IVCD為15～35×106個(gè)細(xì)胞（/mL·d），比生產(chǎn)率為1.5～2.3 pg（/mL·d）。消泡劑C在ProCHO 5和PowerCHO 2培養(yǎng)基中具有較高的滴度，而EX-Cell消泡劑在EX-Cell Advanced培養(yǎng)基中具有較高的滴度。除了在PowerCHO 2培養(yǎng)基中，消泡劑C在ProCHO 5和EX-Cell Advanced培養(yǎng)基中具有較高的比生產(chǎn)率。

消泡劑可以影響細(xì)菌、酵母和CHO細(xì)胞的生長(zhǎng)以及產(chǎn)物合成[7，18，40]，提高培養(yǎng)物的生長(zhǎng)速率可提高產(chǎn)量。ROUTLEDGE S J等[18]研究發(fā)現(xiàn)，0.6%消泡劑A，1%J673A，1%P2000和1%SB2121組的比生長(zhǎng)速率生長(zhǎng)較對(duì)照高，GFP表達(dá)量也顯著高于對(duì)照組（P＜0.05）。然而，也有研究發(fā)現(xiàn)最大比生長(zhǎng)率與最大比生產(chǎn)率并無相關(guān)性，高水平的蛋白表達(dá)可能導(dǎo)致比生長(zhǎng)速率降低[42]。這可以解釋添加0.8%消泡劑C酵母生長(zhǎng)速度低于對(duì)照，但GFP表達(dá)量更高；隨著SLM54474濃度的增加，大腸桿菌的生長(zhǎng)速度下降，但酶的效價(jià)增加[33]。終上所述，消泡劑是否會(huì)對(duì)細(xì)胞的生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成產(chǎn)生影響取決于所使用的消泡劑類型和濃度。

3.5 消泡劑對(duì)細(xì)胞的影響

劉躍等[7，18]研究表明，消泡劑可以通過改變細(xì)菌和酵母細(xì)胞膜的狀態(tài)來改善了目的產(chǎn)物的分泌，或者提高細(xì)菌和酵母的生物量來增加目的產(chǎn)物的合成。這與之前的研究結(jié)果一致，該研究表明消泡劑可通過擾亂甾醇生物合成來改變膜的滲透性，進(jìn)而影響酵母細(xì)胞的滲透性[43]。甾醇作為酵母質(zhì)膜的主要成分具有極性羥基的剛性疏水分子，有助于維持膜的結(jié)構(gòu)[44]。膜流動(dòng)性對(duì)于營(yíng)養(yǎng)攝取和底物交換很重要，并影響膜蛋白和插入位點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)和活性[45]。結(jié)合流式細(xì)胞術(shù)和熒光測(cè)定發(fā)現(xiàn)消泡劑可以影響保留在酵母胞內(nèi)和分泌到培養(yǎng)基中GFP的量。最近還顯示，巴斯德畢赤酵母的麥角甾醇生物合成途徑的改變與重組蛋白分泌的增加有關(guān)[46]。

有研究表明植物油可以作為碳源被代謝[47]，但沒有關(guān)于其他消泡劑被代謝的報(bào)道。對(duì)于消泡劑提高生物量的機(jī)制有待進(jìn)一步研究，有些生物可能能夠利用消泡劑來增強(qiáng)生長(zhǎng)和合成產(chǎn)物的能力。

4 消泡劑的選擇

應(yīng)用于發(fā)酵過程的消泡劑通常要符合以下4點(diǎn)要求：①必須是強(qiáng)表面活性劑，具有較低的表面張力，能夠在泡膜上浸入及擴(kuò)展；②分散性較好，對(duì)發(fā)酵液有一定的親和性，能夠迅速分散于發(fā)酵液中，對(duì)泡沫起作用；③對(duì)菌體生長(zhǎng)、目的產(chǎn)物合成及提取無影響或影響較??；④難溶或不溶，且揮發(fā)性小，具有持久的消泡和抑泡性能。

發(fā)酵行業(yè)中消泡劑的篩選過程：①對(duì)消泡劑的物理性質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，包括性狀、在水，醇類，酸堿中的溶解度、濁點(diǎn)等；②選擇合適的方法進(jìn)行消泡劑的性能測(cè)試；③根據(jù)性能測(cè)試結(jié)果進(jìn)行搖瓶實(shí)驗(yàn)，考察消泡劑對(duì)菌體生長(zhǎng)及產(chǎn)物合成的影響，同時(shí)篩選適宜的消泡劑添加量；④搖瓶和發(fā)酵罐的攪拌模式平及溶氧水不同，搖瓶實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)發(fā)酵罐上的情況，因此，需要進(jìn)行上罐驗(yàn)證，同時(shí)考察消泡劑的添加方式（滅菌前加入、接種前加入、發(fā)酵過程流加等）；⑤確定合適的消泡劑，再參考價(jià)格，挑選出最經(jīng)濟(jì)的消泡劑。

5 結(jié)論與展望

消泡劑目前廣泛應(yīng)用于生物發(fā)酵行業(yè)，但是關(guān)于消泡劑的消泡機(jī)制、生物學(xué)效應(yīng)仍知之甚少，這與消泡劑的種類繁多，成分復(fù)雜有很大關(guān)系?；诖耍?guī)范消泡劑的分類及命名，建立統(tǒng)一的消泡劑性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)消泡劑成分的快速分析方法，將新技術(shù)和方法應(yīng)用于消泡機(jī)制的研究是未來的努力方向。