食品生物技术：液态发酵与工艺控制

液态发酵是在生物反应器中，将营养基质配制成液体培养基，灭菌后进行接种，提供适宜的培养条件，利用微生物的生长代谢获得发酵产品的技术。液态发酵的特点如下：①产量高，发酵速度快，生产周期短；②生产效率高，经济效益好；③发酵条件易控制；④操作规范标准化，易实现产业化生产；⑤生产环境要求高；⑥设备复杂，一次性投入大。

（一）温度对发酵的影响及其控制

在发酵过程中需要维持生产菌的生长和产物合成的适当发酵条件，其中之一就是温度。温度是保证各种酶活性的重要条件，微生物的生长和产物合成均需在其各自适合的温度下进行。所以，在发酵过程中必须保证稳定和最适宜的温度环境。

1.影响发酵温度的因素

在发酵过程中，引起温度变化是由于发酵过程中所产生的净热量，称为发酵热，包括生物热、搅拌热、蒸发热、通气热、辐射热和显热等。由于生物热和搅拌热等在发酵过程中随时间而变化，因此发酵热在整个发酵过程中也随时间变化。为了使发酵在一定温度下进行，生产中都采取在发酵罐上安装夹套或盘管，在温度高时，通过循环冷却水加以控制；在温度低时，通过加热使夹套或盘管中的循环水达到一定的温度从而实现对发酵温度进行有效控制。

2.温度对微生物生长的影响

温度对微生物的影响，不仅表现在对菌体表面的作用，而且因热平衡的关系，热传递到菌体内部，对菌体内部的结构物质都产生影响。微生物的生长表现为一系列复杂的生化反应的综合结果，其反应速率常受到温度的影响。其中死亡速率比生长速率对温度变化更为敏感。不同的微生物，其最适生长温度是不同的，大多数微生物在20～40℃的温度范围内生长。嗜冷菌在低于20℃下生长速率最大，嗜中温菌在30～35℃生长，嗜热菌在50℃以上生长。这主要是因为微生物种类不同，所具有的酶系及其性质不同，所要求的最适温度也就不同。而且同一种微生物，培养条件不同，最适温度也会不同。如果所培养的微生物能在较高一些的温度进行生长繁殖，将对生产有很大的好处，既可减少杂菌污染机会，又可减少由于发酵热及夏季培养所需的降温辅助设备和能耗，故筛选耐高温菌株有重要的实践意义。

3.温度对基质消耗的影响

温度的改变可以影响基质的消耗与比生长速率。Righelato曾假定微生物比生长速率μ取决于糖的比消耗速率qs。

qs=m+Bμ

式中，m为维持因子，即生长速率为零时的葡萄糖消耗量。m与渗透压调节、代谢产物生成、转移性及除繁殖以外的其他生物转化等过程所需的能量有关。这些过程受温度的影响，所以m也和温度T相关。B为生长系数，即同一生长速率下的糖耗，B值越大，说明同样比生长速率下用于纯粹生长的糖耗越大。

改变温度可以控制qs和μ。在qs一定的情况下，当T＜Tm时，m增大，μ增大，则B减小，底物转化效率高；当T＞Tm时，m下降，μ减小，B增大，底物转化效率低；当T=Tm时，μ=μm。其中，Tm为最适生长温度；μm为最大比生长速率。

从生长过程来看，取T=Tm最合适。但从生产来看，则要求适度抑制生长，因为最适温度下会造成菌体过量生长，以致超过发酵罐的通气能力，最终导致整个细胞群体的退化和产率降低。显然，通过降低温度来控制μ在经济上并不合算，尤其在发酵温度与外界温度接近的条件下更是如此。当温度对产物合成影响不大时，适当提高温度以减少生长，将对生产节能有利。

4.温度对产物合成的影响

在发酵过程中，温度对生长和生产的影响不同。一般从酶反应动力学来看，发酵温度升高，酶反应速率增大，生长代谢速度加快，但酶本身容易因过热而失去活性，表现在菌体容易衰老，发酵周期缩短，影响最终产量。温度除了直接影响过程的各种反应速率外，还通过改变发酵液的物理性质影响产物的合成。如温度影响氧的溶解度和基质的传质速率以及养分的分解和吸收速率，间接影响产物合成。

温度还会影响生物合成的方向。例如，四环素发酵中所用的金色链霉菌，其发酵过程中同时能产生金霉素，在低于30℃下，合成金霉素的能力较强；合成四环素的比例随温度的升高而增大，当达到35℃时只产生四环素，而金霉素合成几乎停止。

5.温度控制策略

（1）最适温度的定义　最适温度是指最适于菌的生长或产物生成的温度，它是一个相对概念，是在一定发酵条件下测定的结果。不同的菌种、不同培养条件以及不同的生长阶段，最适温度会有所不同。

由于适合菌体生长的最适温度往往与发酵产物合成的最适温度不同，故经常根据微生物生长及产物合成的最适温度不同进行二阶段发酵。

（2）二阶段发酵　由于最适合菌体生长的温度不一定适合发酵产物的合成，故在实际发酵过程中往往不能在整个发酵周期内仅选一个最适培养温度，而需建立二阶段发酵工艺。例如，青霉素产生菌的最适生长温度是30℃，而青霉素合成分泌的最适温度是20℃。因此，在生长初期抗生素还未开始合成的阶段，菌体的生物量需大量积累，主要是需要促进菌丝迅速繁殖，大量积累生物量。这时应优先考虑采用菌体最适生长温度。到抗生素分泌期，菌丝已长到一定浓度，这时应优先考虑采用抗生素生物合成的最适温度。

（3）其他发酵条件　在通气条件较差的情况下，最适发酵温度通常选择比正常良好通气条件下的发酵温度低一些。这是由于在较低的温度下，氧溶解度更大，菌的生长速率则略小，从而防止因通气不足造成的代谢异常。

培养基成分和浓度也会影响到最适温度的选择。如在使用基质浓度较稀或较易利用的培养基时，提高培养温度会使养料过早耗竭，导致菌丝自溶，发酵产量下降。例如，提高红霉素发酵温度，在玉米浆培养基中的效果就不如在黄豆粉培养基中的效果好，因后者相对难以利用，提高温度有利于菌体对黄豆粉的同化。

（4）变温培养　在抗生素发酵过程中，采用变温培养往往会比恒温培养获得的产物更多。例如在四环素发酵中，前期0～30h以稍高温度促使菌丝迅速生长，以尽可能缩短菌体生长所需的时间；此后30～150h则以稍低温度尽量延长的抗生素合成与分泌所需的时间；150h后又升温培养，以刺激抗生素的大量分泌，虽然这样使菌丝衰老加快，但因已接近放罐，升温不会降低发酵产量且对后处理十分有利。

（二）pH对发酵的影响及其控制

pH是表征微生物生长及产物合成的重要状态参数之一，也是反映微生物代谢活动的综合指标。因此必需掌握发酵过程中pH的变化规律，以便在线适时监控，使其一直处于生产的最佳状态水平。不同种类的微生物对pH的要求不同。大多数细菌的最适生长pH为6.5～7.5；霉菌一般为4.0～5.8；酵母一般为3.8～6.0。

1.pH对发酵过程的影响

发酵液pH的改变将对发酵产生很大的影响：

（1）导致微生物细胞原生质体膜的电荷发生改变　原生质体膜具有胶体性质，在一定pH时原生质体膜可以带正电荷，而在另一pH时，则带负电荷。这种电荷的改变同时会引起原生质体膜对个别离子渗透性的改变，从而影响微生物对培养基中营养物质的吸收及代谢产物的分泌，妨碍新陈代谢的正常进行。

（2）pH变化还会影响菌体代谢方向　如采用基因工程菌毕赤酵母生产重组人血白蛋白，生产过程中最不希望产生蛋白酶。在pH 5.0以下，蛋白酶的活性迅速上升，对白蛋白的生产很不利；而pH在5.6以上则蛋白酶活性很低，可避免白蛋白的损失。

（3）pH变化对代谢产物合成的影响　培养液的pH对微生物的代谢有更直接的影响。在产气杆菌中，与吡咯并喹呤醌（PQQ）结合的葡萄糖脱氢酶受培养液pH影响很大。在钾营养限制性培养基中，pH 8.0时不产生葡萄糖酸，而在pH 5.0～5.5时产生的葡糖酸和2-酮葡萄糖酸最多。此外，在硫或氨营养限制性的培养基中，此菌生长在pH 5.5下产生葡萄酸与2-酮葡萄酸，但在pH 6.8时不产生这些化合物。发酵过程中在不同pH范围内以恒定速率（0.055%/h）加糖，青霉素产量和糖耗并不一样（见表6-4）。

表6-4　在不同PH范围内依恒定速率加糖，青霉素产量和糖耗的关系

2.影响发酵过程pH变化的因素

在发酵过程中，pH是动态变化的，这与微生物的代谢活动及培养基性质密切相关。一方面，微生物通过代谢活动分泌有机酸如乳酸、乙酸、柠檬酸等或一些碱性物质，导致发酵环境的pH变化；另一方面，微生物通过利用发酵培养基中的生理酸性盐或生理碱性盐引起发酵环境的pH变化。所以，要注意发酵过程中初始pH的选择和发酵过程中pH的控制，使其适合于菌体的生长和产物的合成。

3.发酵过程中pH的控制

一般地，pH调控通常有以下几种方法：①配制合适的培养基，调节培养基初始pH至合适范围并使其有很好的缓冲能力；②培养过程中加入非营养基质的酸碱调节剂，如CaCO3防止pH过度下降；③培养过程中加入基质性酸碱调节剂，如氨水等；④加生理酸性或碱性盐基质，通过代谢调节pH；⑤将pH控制与代谢调节结合起来，通过补料来控制pH，在实际生产过程中，一般可以选取其中一种或几种方法，并结合pH的在线检测情况对pH进行速有效控制，以保证pH长期处于合适的范围。

在发酵液的缓冲能力不强的情况下，pH可反映菌的生理状况。如pH上升超过最适值，表示菌体处于饥饿状态，可加糖调节，而糖的过量又会使pH下降。发酵过程中使用氨水中和有机酸来调节需谨慎，过量的氨会使微生物中毒，导致呼吸强度急速下降。故在需要使用氨气调节pH或补充氮源的发酵过程中，可通过监测溶氧浓度的变化防止菌体出现氨过量中毒。

（三）溶解氧对发酵的影响及其控制

工业发酵使用的菌种多属好氧菌。生产上如何保证氧的供给，以满足生产菌对氧的需求，是稳定和提高产量、降低成本的关键之一。在好氧性发酵中，通常需要供给大量的空气才能满足菌体对氧的需求。同时，通过搅拌和在罐内设置挡板使气体分散，以增加氧的溶解度。但氧气属于难溶性气体，故常常成为发酵生产的限制性因素。

1.溶解氧对发酵过程的影响

好氧微生物发酵时，主要是利用溶解于水中的氧，只有当这种氧达到细胞的呼吸部位才能发挥作用，所以增加培养基中的溶解氧后，可以增加推动力，使更多的氧进入细胞，以满足代谢的需要。值得注意的是，在培养过程中并不是维持DO值越高越好。即使是专性好氧菌，过高的DO值对生长也可能不利。氧的有害作用是因为形成新生氧、超氧阴离子自由基和过氧阴离子自由基或羟自由基OH，破坏细胞及细胞膜。有些带巯基的酶对高浓度的溶解氧很敏感，好氧微生物就产生一些抗氧化保护机制，如形成过氧化物和超氧化物歧化酶，以保护其不被氧化。过低的溶解氧，首先影响微生物的呼吸，进而造成代谢异常。溶解氧的浓度不影响微生物呼吸时的浓度为临界氧浓度。临界氧浓度不仅取决于微生物本身的呼吸强度，还受到培养基的组分、菌龄、代谢物的积累、温度等其他条件的影响。

2.发酵过程中溶解氧的变化

通过对发酵过程中溶解氧变化规律的研究，可以了解DO与其他参数的关系，就能利用溶氧来控制发酵过程。发酵过程中从培养液的溶氧浓度变化可以判断菌的生长生理状况。随菌种的活力、接种量以及培养基的不同，DO值在培养初期开始明显下降的时间也不同。通常，在对数生长期DO值下降明显，从其下降的速率可大致估计菌的生长情况。发酵过程中，达到DO值低谷所需要的时间，以及低谷时的DO浓度水平随工艺和设备条件不同而异。出现二次生长时，DO值往往会从低谷处逐渐上升，到一定高度后又开始下降——这是微生物开始利用第二种基质（通常为迟效碳源）的表现。当生长衰退或自溶时，DO值将逐渐上升。(www.chuimin.cn)

3.发酵过程中溶解氧控制

发酵液中的溶氧浓度，是由供氧和需氧两方面所决定，即当发酵过程中供氧量大于需氧量时，溶氧浓度就上升，直到饱和，反之则下降。因此，要控制好发酵液中的溶氧浓度，需从这两方面着手。在供氧方面，主要是提高氧传递的推动力和液相体积氧传递系数KLa值，改变氧传递速率的方式通常有四种：①改变搅拌速度；②改变空气流速；③改变供气中的O2含量；④改变发酵的总压力。提高搅拌速度，可以强化质量传递速率，且将大的空气气泡打成微小气泡而增加传质界面面积。增大空气流速可以提供更好的传质推动力。实践中常采用两种方法结合。在实际生产上还可以在通风压力许可的范围内考虑适当地增加操作压力，可以增加传质推动力。向发酵罐通入高纯度氧气，提高氧的分压，亦可提高氧的传递速率。在耗氧方面，通过采用控制菌体浓度、基质的种类和浓度以及培养条件等适当的工艺条件来控制需氧量，使菌体的生长和产物形成对氧的需求量不超过设备的供氧能力，使生长菌发挥出最大的生产能力。

4.溶解氧在发酵过程控制中的重要作用

掌握发酵过程DO值变化的规律与其他参数的关系后，就可以通过检测溶氧的变化来控制发酵过程。如果溶氧出现异常变化，就意味着发酵可能出现问题，要及时采取措施补救。而且，通过控制溶氧还可以控制某些微生物发酵的代谢方向。

（1）溶解氧判断操作故障或事故引起的异常现象　一些操作故障或事故引起的发酵异常现象能从DO值的变化中得到反映，如停止搅拌、未及时开启搅拌或搅拌发生故障、空气未能与液体充分混合都会使DO值比平常低得多，又如一次补糖过量也会使DO水平显著降低。

（2）溶解氧判断中间补料是否恰当　中间补料是否得当可以从DO值的变化看出，如赤霉素发酵，有些批次的发酵罐会出现“发酸”现象，这时氨基氮迅速上升，DO值会很快升高。

（3）溶解氧判断发酵体系是否污染杂菌　当发酵体系污染杂菌后，DO值一般会一反往常，迅速（一般2～5h）下跌到0，并长时间不回升。但不是一染菌DO值就下跌到0，要看杂菌的好氧情况和数量，以及在罐内与生产菌相比是否占优；有时会出现染菌后DO值反而升高的现象，这可能是因为生产菌受杂菌抑制，而杂菌又不太好氧。

（4）溶解氧作为控制代谢方向的指标　在酵母及一些微生物细胞的生产中，DO值是控制其代谢方向的主要指标之一，DO分压高于某一水平才会进行同化作用。当补料速率较慢和供氧充足时糖完全转化为酵母、CO2和水；若补料速率提高，培养液的DO分压降至临界值以下，便出现糖的不完全氧化而生成乙醇，使酵母的产量减少。此外，DO值还能作为各级种子罐的质量控制和很多种指标之一。

（四）二氧化碳（CO2）和呼吸商对发酵的影响及其控制

1.CO2对发酵的影响

CO2是呼吸和分解代谢的终产物，几乎所有发酵均产生大量的CO2。CO2可作为一些物质合成的基质，如在精氨酸的合成过程中其前体氨甲酰磷酸的合成需要CO2基质；牛链球菌发酵生产多糖，最重要的发酵条件是提供的空气中要含有5%的CO2。

大多数微生物适应低的CO2浓度[0.02%～0.04%（体积分数）]，当尾气CO2含量高于4%时，微生物的糖代谢与呼吸速率下降。如当发酵液中溶解CO2为0.0016%，就会严重抑制酵母菌的生长。当CO2的含量占混合气体的80%时，酵母活力与对照相比降低20%；CO2对肌苷、异亮氨酸、组氨基、抗生素等的发酵都会产生严重的抑制作用。

CO2及对细胞的作用主要是影响细胞膜的结构，CO2主要作用于细胞膜的脂肪酸核心部位，而则影响磷脂亲水头部带电荷表面及细胞膜表面上的蛋白质。当细胞膜的脂质相中CO2浓度达到临界值时，膜的流动性及表面电荷密度发生变化，导致膜对基质的运输受阻，影响细胞膜的运输效率，使细胞处于“麻醉”状态，生长受抑制，状态异常。CO2除影响菌体生长、形态及产物合成外，还影响发酵液的酸碱平衡，使发酵液的pH下降，或与其他化学物质发生化学反应，或与生长必需金属离子形成碳酸盐沉淀，造成间接作用而影响菌体生长和产物合成。

CO2在发酵液中的浓度变化不像溶解氧那样有一定的规律，它的大小受到许多因素的影响，如细胞的呼吸强度、发酵液的流变学特性、通气搅拌程度、罐压大小、设备规模等。由于CO2的溶解度大于氧气，所以随着发酵罐压力的增加，其含量比氧气增加得更快，有时为了防止“逃液”而采用增加罐压消泡的方法，会增加CO2的溶解度，不利于细胞生长。

2.CO2浓度的控制

发酵过程中控制通风量，可达到调节CO2浓度的目的。发酵中增大通风量，既可以保证发酵液中的溶解氧浓度，又可以随废气排出发酵产生的CO2，使之低于能产生抑制的浓度；降低通风量，有利于增加CO2在发酵液中的浓度。

CO2的产生与补料发酵工艺控制密切相关，如在青霉素发酵中，补糖会增加发酵液中CO2浓度和降低发酵液的pH。因为菌体生长、菌体维持和青霉素合成等方面都消耗糖而产生CO2，增加发酵液中CO2浓度，使pH下降。因此，补糖、CO2、pH三者之间具有相关性，被用于青霉素补料工艺的控制参数，其中排气中CO2的变化比pH的变化更为敏感，故采用CO2释放率作为控制补糖参数。

（五）基质浓度对发酵的影响及其控制

基质是指供微生物生长及产物合成的原料，有时也称底物，主要包括碳源、氮源和无机盐等。基质的种类和浓度直接影响菌体的代谢变化和产物合成。培养基过于丰富，会使菌生长过盛，发酵液非常黏稠，传质状况差，细胞用于非生产的能量倍增，对产物的合成不利。养分贫瘠则菌体难于生产。在实际发酵过程中，基质的浓度主要依靠补料来维持，所以发酵过程中一定要控制好补料的时间和数量，使发酵过程按合成产物最大可能的方向进行。

作为发酵底物的基质，首先必须注意质量。在确定的工艺条件下，稳定的原料质量是保证稳产、高产的基础。在实际生产中，对基质质量的考察不能仅局限于原料主要成分的产量，而忽略其他方面。实际上，目前还无法全面测定用于工业发酵的大多数天然有机碳源和氮源所含有的组分及含量，且某一碳源或氮源对某一产生菌的生长和产物的合成是“优质”的，但很可能对另一种产生菌的生长和产物的合成是“劣质”的。因此，考查某一原料，特别是天然有机碳源和有机氮源的质量时，除规定的诸如外观、含水量、灰分、主要成分含量等参数外，更重要的是需经过实验评价来确定，否则，将会被“假象”所迷惑。培养液中底物及代谢物的残留量是发酵控制的重要参数，控制底物浓度在适当的程度，可以防止底物的抑制和阻遏作用，也可以控制微生物处于适当的生长阶段。在此主要讨论碳源、氮源和磷酸盐对发酵过程的影响及控制。

1.碳源对发酵的影响及控制

碳源浓度对产物形成的影响以酵母的克勒勃屈利（Crabtree）效应为例，酵母生长在高糖环境下，即使溶氧充足，它还会进行有氧发酵，从葡萄糖产生乙醇，当培养基中葡萄糖浓度＞5%时就会出现此效应。

就碳源种类可以分为迅速利用的碳源和缓慢利用的碳源。迅速利用的碳源（如葡萄糖）有利于菌体生长，但有的分解代谢产物对产物的合成可能产生阻遏作用；缓慢利用的碳源，有利于延长代谢产物的合成，特别有利于延长抗生素的分泌，也常为许多微生物药物的发酵所采用。如乳糖、蔗糖、麦芽糖、玉米油等分别用于青霉素、头孢菌素C、链霉素、核黄素发酵的最适碳源。选择最适碳源对提高代谢产物产量是很重要的，在工业上，发酵培养基中常采用含有快速和慢速利用的混合碳源，以控制菌体的生长和产物的合成。

控制碳源浓度可采用经验法和动力学法，即在发酵过程中采用中间补料的方法来控制，根据不同代谢类型来确定补料时间、补料量和补料方式。动力学方法是要根据菌体的比生长速率、糖的比消耗速率及产物的比生产速率等动力学参数来控制。

2.氮源对发酵的影响及控制

氮源有无机氮源和有机氮源两类，它们对菌体代谢都能产生明显的影响，不同种类和浓度都能影响产物合成的方向和产量。如谷氨酸发酵，当供应不足时，就促使形成α-酮戊二酸；而过量的则促使谷氨酸转变成谷氨酰胺。

菌种发酵期间，除了培养基中的氮源外，往往还需中途补加氮源来控制浓度，调节pH。一般生产上采用的方法有：①补充无机氮源：根据发酵情况，在发酵过程中添加某些无机氮源如氨水等，既可补充氮源，又可起到调节pH的作用；②补充有机氮源：在某些发酵过程中添加酵母粉、玉米浆等有机氮源，可以有效提高发酵单位；在谷氨酸发酵过程中，由于pH持续下降不利菌体生长，因此必须定时流加尿素以控制pH在合理的范围，保证生产正常进行。

迅速利用的氮源（氨基酸等）容易被菌体利用，促进菌体生长，但对某些产物（如螺旋霉素等抗生素）的合成产生调节作用，影响产量；缓慢利用和氮源（黄豆饼粉、花生饼粉等）对延长次生代谢产物的分泌期、提高产物的产量有好处。发酵培养基中一般选用含有快速和慢速利用的混合氮源。如链霉素发酵采用硫酸铵和黄豆饼粉；氨基酸发酵时用铵盐和麸皮水解液、玉米浆。

3.磷酸盐浓度的影响

磷是微生物菌体生长繁殖的必需成分。微生物生长良好所允许的磷酸盐浓度为0.32～300mmol/L，但对次级代谢产物合成良好所允许的最高平均浓度仅为1.0mmol/L，如提高到10mmol/L，就明显抑制其合成。磷酸盐浓度调节代谢产物合成机制，对于初级代谢产物合成的影响，往往是通过促进生长而间接产生的，对于次级代谢产物来说，机制较复杂。

磷酸盐浓度的控制，一般是在基础培养基中采用适当的浓度。对于初级代谢来说，要求不像次级代谢那样严格。对于抗生素发酵，常采用亚适量的磷酸盐浓度，也就是对菌体生长非最适但又不影响生长的量。其最适浓度取决于菌种特性、培养条件、培养基组成和来源等因素，必须结合当地具体条件和使用原料进行试验确定。除上述主要基质外，还有其他培养基成分影响发酵，如Cu2+，在以醋酸为碳源的培养基中，能促进谷氨基产量的提高；Mn2+对芽孢杆菌合成杆菌肽等次级代谢产物具有特殊的作用，必须使用足够的浓度才能促进其合成等。

（六）泡沫对发酵的影响及其控制

1.发酵过程中泡沫的产生及对发酵的影响

在大多数微生物发酵过程中，由于通气搅拌、发酵产生的CO2以及发酵液中糖、蛋白质和代谢物等稳定泡沫物质的存在，使发酵液含有一定量的泡沫，这是正常现象，泡沫的存在可以增加气液接触表面，有利于氧的传递。

泡沫也给发酵带来副作用：①降低了发酵罐的装料系数。发酵罐的装料系数一般取0.7（料液体积/发酵罐容积）左右，通常充满余下空间的泡沫约占所需培养基的10%，且其成分也不完全与主体培养基相同。②增加了菌群的非均一性。由于泡沫高低的变化和处在不同生长周期的微生物随泡沫漂浮或黏附在罐壁上，使这部分菌体有时在气相环境中生长，引起菌的分化甚至自溶，从而影响菌群均一性。③增加了污染杂菌的机会。发酵液溅到轴封等处，容易染菌。④大量起泡，控制不及时会引起“逃液”，导致产物的流失。⑤消泡剂的加入有时会影响发酵产量或给下游分离纯化与精制工序带来麻烦。

发酵液的理化性质对泡沫的形成起决定性作用。气体在纯水中鼓泡，生成的气泡只能维持一瞬间，其稳定性几乎等于零，这是由于围绕气泡的液膜强度很低所致。发酵液中的玉米浆、皂苷、糖蜜所含的蛋白质和细胞本身都具有稳定泡沫的作用，其中，蛋白质分子除分子引力外，在羧基和氨基之间还有引力，因而形成的液膜比较牢固，泡沫比较稳定。此外，发酵液的温度、pH基质浓度以及泡沫的表面积对泡沫的稳定性也有很大影响。

2.发酵过程中泡沫的消除

在工业发酵中消除泡沫的方法有以下3种。

（1）物理法消泡　是指采用压力或温度的快速变化等纯物理因素，使泡沫黏度或弹性降低，从而使泡沫破裂。这种方法较少使用于工业。

（2）机械法消泡　就是借助机械力打碎泡沫或改变压力，促使气泡破裂。机械法消泡的优点在于不需要加入其他物质，从而减少了染菌机会和对下游工艺的影响。

（3）化学法消泡　就是利用化学消泡剂消泡。它具有用量少、效率高、作用迅速的优点，缺点是化学消泡剂可能会影响菌体代谢，增加染菌的机会，如用量过多会影响到氧的传递。