Пеногасители для жидкой ферментации грибов: выбор, применение и контроль.

Пеногасители для жидкой ферментации грибов: выбор, применение и контроль.

При глубоководной жидкостной ферментации съедобных грибов (таких как шиитаке, вешенки, армиллария меллеа, сморчки и ганодерма люцидум) в питательные среды часто входят такие ингредиенты, как соевая мука, кукурузная мука (или суспензия), пептон, дрожжевой экстракт и сахара. В условиях аэрации и перемешивания быстро образуется густая и очень стойкая пена.

Чрезмерное пенообразование может привести к переливу жидкости, засорению вытяжных фильтров, повышению риска загрязнения и уменьшению эффективного рабочего объема. Слой пены действует как барьер для газообмена, косвенно снижая уровень растворенного кислорода и препятствуя образованию и росту мицелиальных гранул; в тяжелых случаях вся партия может быть испорчена.

Технология пеногашения прошла путь от простых физических методов до механического, химического и комбинированного пеногашения, а также до новых экологически чистых методов пеногашения ( включая новые физические технологии, биологическое пеногашение и контроль пенообразования на этапе производства ). Эта эволюция отвечает требованиям масштабирования от лабораторных и пилотных испытаний до промышленного производства методом ферментации.

В этом разделе описывается разработка технологий пеногашения в процессе ферментации, а также подробно рассматриваются их практическое применение, преимущества, недостатки и подходящие сценарии использования в различных масштабах (колбы для встряхивания, затравочные резервуары и крупномасштабные ферментеры).

1. Механизм действия пеногасителей
В первую очередь, пеногасители действуют за счет снижения поверхностного натяжения жидкой пленки пены. При контакте с пеной пеногаситель быстро распространяется по поверхности пузырька, вытесняя исходные пенообразующие вещества и создавая точку с более низким поверхностным натяжением. Эта точка низкого натяжения дестабилизирует жидкую пленку, вызывая ее истончение и разрыв, тем самым устраняя пену. Кроме того, эффективные пеногасители обладают «подавляющими» свойствами, постоянно предотвращая образование новой пены.

Методы контроля пенообразования эволюционировали от ранних корректировок процесса (контроль пены в источнике — до сих пор основной подход) до механического пеногасителя (основным вариантом являются лопасти пеногасителя в виде граблей, а внешнее центробежное пеногасение используется реже), и, наконец, до наиболее распространенных сегодня химических пеногасителей (стандартный метод для жидкой ферментации съедобных грибов).

① Натуральные растительные масла (соевое масло, кукурузное масло, хлопковое масло)
Широко использовались на заре производства жидкого мицелия для съедобных грибов; они также могут служить источником углерода.

Применение:

Добавляется перед стерилизацией или в небольших количествах во время ферментации; дозировка: 0,1%–0,5%.

Преимущества:

Безопасен для пищевых продуктов; совместим с жидким мицелием для выращивания; не содержит токсичных остатков.

Недостатки:

Низкая пеногасящая способность; быстро истощается, требуя многократного пополнения; чрезмерное добавление может покрывать мицелий, резко снижая уровень kLa и растворенного кислорода, тем самым подавляя рост мицелия; масла легко окисляются, увеличивая риск загрязнения; непригоден для высокоплотной ферментации в течение длительного времени.

Текущее применение: экстренное/дополнительное использование в небольших и средних цехах по выращиванию мицелия; больше не используется в качестве основного пеногасителя.

② Полиэфирные пеногасители (полиоксипропиленглицерин [GP], полиоксиэтилен-полиоксипропиленглицерин [GPE])
Полиэфиры пищевого качества; выдерживают стерилизацию при температуре 121°C.

Применение:

Может добавляться в среду перед стерилизацией или подаваться автоматически с помощью датчика пены; типичная дозировка для съедобных грибов: 0,05–0,2‰.

Преимущества:

Эффективность пеногашения и подавления пены значительно превосходит эффективность растительных масел; требуется низкая дозировка; низкая токсичность для мицелия большинства съедобных грибов; подходит для жидкого мицелия шиитаке (*Lentinula edodes*), королевской устрицы (*Pleurotus eryngii*) и сморчка (*Morchella* spp.); последующее разделение проще по сравнению с агентами на основе силикона, если необходимо извлечь полисахариды или метаболиты мицелия.

Недостатки:

Чрезмерное добавление значительно снижает kLa и содержание растворенного кислорода; чувствительные штаммы (например, *Armillaria mellea*) могут демонстрировать замедление роста и усиление побурения; толерантность сильно варьируется в зависимости от штамма, поэтому перед началом полномасштабного производства необходимо провести мелкомасштабные градиентные тесты в колбах для встряхивания, чтобы определить безопасный диапазон дозировки.

③ Силиконовые/полиэфирсиликоновые композитные пеногасители
Обладает чрезвычайно высокой пеногасящей способностью, но обычно используется с осторожностью для мицелия съедобных грибов; перед крупномасштабным применением необходимы испытания. Пример: полидиметилсилоксан (ПДМС); типичная дозировка для съедобных грибов: 0,01–0,2‰.

Риски:

Кремниевые компоненты, как правило, оставляют остатки, а мицелий некоторых съедобных грибов чувствителен к кремнию; кроме того, если мицелий будет подвергаться дальнейшей обработке (например, для производства пищевых добавок или экстракции полисахаридов), остатки кремния могут препятствовать процессам фильтрации и мембранного разделения.

Руководство по выращиванию съедобных грибов:

Применяйте небольшими порциями в течение нескольких интервалов времени, отдавая предпочтение многократному добавлению, а не одной большой дозе; отдавайте приоритет автоматическому добавлению порциями с подпиткой и строго избегайте ручного сброса больших объемов.