Antischaummittel sind Chemikalien, die im Fermenter (Bioreaktor) verwendet werden, um die Bildung von Schaum zu verhindern.
Der Einsatz von Antischaummitteln in der → Ultrafiltration kann zu unterschiedlichen Effekten führen. In vielen Fällen wird beobachtet, dass sich bestimmte Antischaummittel an der Membranoberfläche oder in den → Poren ablagern. Dies kann zu einer spürbaren Verringerung der Filterleistung (→ Flux) führen und gleichzeitig die Reinigbarkeit der Membran erschweren.
Andererseits gibt es auch Berichte, wonach das Vorhandensein bestimmter Antischaummittel den Filtrationsprozess stabilisieren oder sogar verbessern kann – etwa durch die Vermeidung von Schaumbildung, die den Betrieb stören würde.
Ob ein Antischaummittel die Membranleistung negativ beeinflusst oder förderlich ist, hängt massgeblich von der Wechselwirkung zwischen Membranmaterial, Antischaummitteltyp und Prozessbedingungen ab. Daher ist eine sorgfältige Auswahl und Prüfung im konkreten Anwendungskontext unerlässlich.
In Fermentationssystemen zur Schaumkontrolle gibt es drei Hauptarten von Antischaummitteln:
Da reines Silikon nicht wasserlöslich ist, sorgen Emulgatoren und Polyglykole dafür, dass das Silikon im Wasser verteilt wird. Untersuchungen haben gezeigt, dass vor allem diese Zusatzstoffe – Emulgatoren, Tenside, Verdickungsmittel und Polyglykole – die Hauptverursacher der Membranverschmutzung sind.
Typische Tenside, die in Emulsionen bei der Fermentation verwendet werden, sind
Viele organische Entschäumer und Silikon-Antischaummittel enthalten nichtionische Emulgatoren, die „Trübungspunkte“ haben, d. h. die Temperatur, bei der eine Flüssig-Flüssig-Phasentrennung auftritt. Wenn die Temperatur über den löslichen Bereich hinaus erhöht wird, löst sich das Hydratationswasser, und die Tensidmizellen nehmen so stark an Grösse zu, dass die Lösung trübe wird. Oberhalb der Trübungspunkttemperatur für ein bestimmtes Tensids kann das Tensid als Entschäumer wirken; unterhalb dieses Punktes kann es tatsächlich zur Schaumbildung beitragen.
Fermentations- und Enzymreaktionen werden im Allgemeinen bei Temperaturen um 40 °C (104 °F) durchgeführt, was deutlich über den Trübungspunkten der meisten Tenside liegt. Ein Prozessstrom, der diese Antischaummittel enthält, kann erfolgreich ultrafiltriert werden, wenn die Temperatur unter die Trübungspunkte der Tenside gesenkt werden kann. Eine einfachere und wirtschaftlichere Lösung wäre jedoch, einfach den Entschäumer zu wechseln. Studien haben gezeigt, dass selbst Antischaummittel ohne Trübungspunkte zu Ablagerungen führen können, das Ausmass der Ablagerungen jedoch nicht temperaturabhängig ist.
Die meisten Antischaumemulsionen enthalten Wasserverdicker wie Celluloseether und Xanthangummi. Tests an Emulsionen, die solche Verdicker enthalten, haben gezeigt, dass sie erheblich zur Verschmutzung beitragen. Diese Verdicker sind lange Polymerketten mit einem Anhydroglucose-Grundgerüst, die ein hohes Molekulargewicht aufweisen. Wenn die Verdicker in Wasser aufgelöst werden, werden die langen fadenförmigen Polymere mit Schichten aus Wassermolekülen ummantelt , wodurch die Viskosität des Produkts erhöht wird. Die Wassermoleküle wirken als Schmiermittel, sodass die langen Ketten übereinander gleiten und sich miteinander verweben können. Diese Verdickungsmittel weisen jedoch ein ähnliches Verhalten wie Tenside auf, das als „Gelpunkt“ bezeichnet wird. Wenn eine Lösung erhitzt wird, löst sich das Hydratationswasser und es entsteht ein dickes Gel, das durch die starke Verflechtung der Polymerketten gebildet wird. Es wird angenommen, dass ein ähnliches Phänomen auf der Oberfläche der Membran auftritt. Wenn die Polymere mit der Membranoberfläche in Kontakt kommen, bricht das lose gebundene Wasser ab und die Ketten verbinden sich miteinander. Dadurch bildet sich eine „Gelschicht“ auf der Oberfläche der Membran.