ฟองรุนแรงในถังหมัก: อาหารเลี้ยงเชื้อเป็นสาเหตุหรือไม่ และจะลดฟองจากฝั่งสูตรได้อย่างไร

คำตอบโดยสรุป

ฟองเกิดจากโปรตีนและสารลดแรงตึงผิวในอาหารเลี้ยงเชื้อ ที่ถูกตีให้เป็นฟองอากาศที่คงตัวโดยการให้อากาศและการกวน สามสิ่งที่ได้ผลที่สุดในฝั่งอาหารเลี้ยงเชื้อ: เลือกแหล่งไนโตรเจนที่มีสัดส่วนเปปไทด์สูงและโปรตีนขนาดใหญ่น้อย (เปปโตนที่ย่อยสลายสูง เกรดผ่านอัลตราฟิลเตรชัน) อย่าเติมไนโตรเจนเกิน "เพื่อความปลอดภัย" เพราะโปรตีนส่วนเกินกลายเป็นฟองเท่านั้น และเติมสารลดฟองในระดับพื้นฐานลงในอาหารเลี้ยงเชื้อตั้งแต่ต้น แทนการวิ่งตามฟองเมื่อเกิดขึ้นแล้ว หากสารลดฟองควบคุมไม่ได้อีกเมื่อเกินปริมาณสะสมระดับหนึ่ง ปัญหาอยู่ที่สูตรหรือเงื่อนไขการเดินเครื่อง ไม่ใช่ปริมาณสารลดฟอง

ฟองมาจากไหน

ฟองต้องการสองสิ่ง: ก๊าซที่เข้าไป และสิ่งที่ทำให้ผนังฟองคงตัว การให้อากาศและการกวนให้ก๊าซ อาหารเลี้ยงเชื้อและเซลล์ให้สารทำให้คงตัว:

• โมเลกุลโปรตีนขนาดใหญ่ โปรตีนในเปปโตนที่ไม่ถูกตัดให้สั้น สารประกอบเชิงซ้อนของกรดนิวคลีอิกและโปรตีนในสารสกัดจากยีสต์ เศษคอลลาเจนในสารสกัดเนื้อ โมเลกุลยิ่งใหญ่และยิ่งมีสมบัติทั้งชอบน้ำและไม่ชอบน้ำ ฟองยิ่งคงตัว
• สิ่งที่เซลล์หลั่งออกมาเอง สารลดแรงตึงผิวชีวภาพ (surfactin จาก Bacillus เป็นกรณีคลาสสิก) เอ็กโซพอลิแซ็กคาไรด์ และโปรตีนกับไขมันที่ปล่อยออกมาเมื่อเซลล์แตก ฟองที่เพิ่มขึ้นในช่วงท้ายของการหมักมักเป็นแบบนี้
• น้ำมันและอิมัลซิไฟเออร์ในอาหารเลี้ยงเชื้อ Polysorbate 80 เลซิทิน น้ำมันพืช ปริมาณน้อยช่วยทำลายฟอง ปริมาณมากเกินทำให้ฟองคงตัว

ดังนั้นช่วงเวลาที่เกิดบอกสาเหตุได้: ฟองทันทีหลังใส่หัวเชื้อคืออาหารเลี้ยงเชื้อ ฟองในช่วงปลายระยะเจริญแบบลอการิทึมคือผลิตภัณฑ์จากเมแทบอลิซึม ฟองก่อนเก็บเกี่ยวมักเป็นการแตกของเซลล์

แหล่งไนโตรเจนชนิดใดเกิดฟองมากที่สุด

กฎทั่วไป: ระดับการย่อยสลายยิ่งต่ำและโมเลกุลขนาดใหญ่ยิ่งมาก ฟองยิ่งมาก

• ฟองมาก: สารสกัดเนื้อ เปปโตนจากเจลาติน เปปโตนจากเนื้อสัตว์ที่ย่อยสลายน้อย ยีสต์ออโตไลเสต (มีเศษผนังเซลล์มาก)
• ปานกลาง: ทริปโตนทั่วไป เปปโตนจากถั่วเหลือง สารสกัดจากยีสต์
• ฟองน้อย: เปปโตนที่ย่อยสลายสูง (อัตราส่วนอะมิโนไนโตรเจนสูง) casamino acids เปปโตนและสารสกัดจากยีสต์ที่ผ่านอัลตราฟิลเตรชัน (กำจัดโมเลกุลขนาดใหญ่ออกแล้ว)

ภายในเปปโตนชนิดเดียวกัน ให้ดูอัตราส่วน AN/TN ใน COA: อัตราส่วนยิ่งสูง โมเลกุลขนาดใหญ่ยิ่งน้อยและฟองยิ่งน้อย ไฮโดรไลเสตเกรดเพาะเลี้ยงเซลล์ที่ผ่านอัลตราฟิลเตรชันเกิดฟองน้อยที่สุดแต่ราคาสูงสำหรับการหมักระดับอุตสาหกรรม ทางเลือกที่ปฏิบัติได้คือเปปโตนที่มีอัตราส่วนอะมิโนไนโตรเจนสูง หรือแทนเปปโตนบางส่วนด้วยไนโตรเจนอนินทรีย์ (แอมโมเนียมซัลเฟต โมโนแอมโมเนียมฟอสเฟต)

การใช้สารลดฟอง

• ชนิด สารลดฟองกลุ่มโพลีอีเทอร์ (ใช้ได้ทั่วไปที่สุด ใช้ปริมาณน้อย ทนความร้อน) สารลดฟองซิลิโคน (แรง แต่ต้องตรวจสอบกับการทำบริสุทธิ์ขั้นปลายน้ำและข้อบังคับด้านอาหาร) น้ำมันพืช (พบบ่อยในกระบวนการเกรดอาหาร แต่เป็นแหล่งคาร์บอนด้วย ถูกใช้ไป และต้องเติมซ้ำในช่วงท้ายของการหมัก)
• ปริมาณ เติมปริมาณพื้นฐานลงในอาหารเลี้ยงเชื้อก่อนฆ่าเชื้อ โดยทั่วไป 0.01 ถึง 0.05% เติมเพิ่มระหว่างการหมักตามหัววัดฟอง เติมครั้งละน้อย ๆ การเติมสารลดฟองก้อนใหญ่ครั้งเดียวลดการถ่ายเทออกซิเจนและทำให้การเจริญช้าลง
• เพดาน หากสารลดฟองโพลีอีเทอร์สะสม 0.2 ถึง 0.3% แล้วยังควบคุมฟองไม่ได้ ให้กลับไปดูสูตรและการตั้งค่าการให้อากาศ

สารลดฟองลดประสิทธิภาพการถ่ายเทออกซิเจน มากกว่าไม่ได้แปลว่าดีกว่า

เมื่อใดควรเปลี่ยนสูตรแทนการเติมสารลดฟอง

• ฟองเต็มถังทันทีหลังใส่หัวเชื้อ ก่อนที่จะมีการเจริญ: โปรตีนมากเกินหรือชนิดไนโตรเจนไม่เหมาะ ลดปริมาณหรือเปลี่ยนไปใช้เปปโตนที่ย่อยสลายมากกว่า
• ทุกชุดต้องเติมสารลดฟองปริมาณมาก: แทนไนโตรเจนอินทรีย์บางส่วนด้วยไนโตรเจนอนินทรีย์ หรือเปลี่ยนเป็น fed-batch เพื่อไม่ให้ความเข้มข้นไนโตรเจนในถังสูงเลย
• ฟองพาเซลล์ออกไปและผลผลิตแกว่ง: ลดการให้อากาศหรือการกวนลงจนออกซิเจนละลายเพียงพอพอดีก่อน แล้วค่อยกลับมาดูสูตร

คำถามที่พบบ่อย

ในขวดเขย่าไม่เกิดฟอง แต่ในถังหมักเกิดฟอง ทำไม? ขวดเขย่าไม่มีการให้อากาศแบบบังคับและมีผิวสัมผัสระหว่างก๊าซกับของเหลวน้อย ถังหมักพ่นอากาศหลายเท่าของปริมาตรถังต่อนาทีและใบกวนตีฟองอากาศให้แตกเป็นฟองเล็ก แนวโน้มการเกิดฟองที่มองไม่เห็นในขวดจึงแสดงออกเต็มที่ในถัง เมื่อคัดกรองสูตรในขวด ให้เพิ่มการทดสอบฟองแยกต่างหาก: เขย่าอาหารเลี้ยงเชื้อที่เตรียมแล้วและจับเวลาว่าฟองยุบตัวนานเท่าใด

เปลี่ยนเปปโตนแล้วฟองเปลี่ยนไปมาก ปกติไหม? ปกติ วัตถุดิบและระดับการย่อยสลายที่ต่างกันอาจมีแนวโน้มการเกิดฟองต่างกันหลายเท่า ให้ถือว่าการเกิดฟองเป็นเกณฑ์คัดเลือกหนึ่งควบคู่กับผลผลิตเมื่อเปลี่ยนแหล่งไนโตรเจน

สารลดฟองชนิดใดใช้ได้ในกระบวนการเกรดอาหาร? เฉพาะชนิดที่อนุญาตให้ใช้เป็นวัตถุเจือปนอาหาร และรายการต่างกันในแต่ละประเทศ ในไต้หวันใช้มาตรฐานวัตถุเจือปนอาหารของ TFDA เปปโตนของ STBIO ไม่มีสารลดฟอง สิ่งที่เติมในสูตรเป็นการตัดสินใจของกระบวนการ

แนะนำเปปโตนที่เกิดฟองน้อยได้ไหม? เปปโตนจากยีสต์และเปปโตนจากถั่วเหลืองที่มีอัตราส่วนอะมิโนไนโตรเจนสูงเกิดฟองน้อยกว่า และผลิตภัณฑ์เกรดเพาะเลี้ยงเซลล์ที่ผ่านอัลตราฟิลเตรชันเกิดฟองน้อยที่สุด แจ้งสายพันธุ์ เงื่อนไขการให้อากาศ และแหล่งไนโตรเจนที่ใช้อยู่ เราจะเสนอตัวเลือกและจัดส่งตัวอย่างเพื่อเทียบฟองและการเจริญเคียงกัน ดูการขอตัวอย่าง