【2019年整理】發(fā)酵染菌原因分析

1、發(fā)酵染菌原因分析 第一部分：基礎知識 1）雜菌的類型 空氣中的微生物大多數是細菌和芽孢 ,還有一定數量的霉菌、 酵母和病毒。 細菌的大小有 零點幾微米至幾個微米 . 根據以上特點我們應得出如下結論： A ：這些微生物在空氣中極少單獨游離存在 ,基本上是附著于灰塵、液滴等微粒的表面上。 B:介質過濾除菌就是把空氣中的各種微粒和極少量的游離微生物捕集起來予以除掉。 因此我們通常所用的空氣過濾器為什么 0.3u 可以保證無菌發(fā)酵生產的原因。 2）無菌檢查與染菌的處理 在抗生素生產過程中 ,為了及早發(fā)現染菌并進行恰當處理 ,保證生產正常進行 , 對菌種制 備、種子罐、發(fā)酵罐的接種前后和培養(yǎng)過程中 ,須

2、要按工藝規(guī)程要求按時取樣， 進行無菌檢驗。 A :無菌檢查 培養(yǎng)液是否污染雜菌可從三個方面進行分析: a:無菌試驗 b:培養(yǎng)液的顯微鏡拉查 c:培養(yǎng)液的生化指標變化情況。 其中無菌試驗是判斷染菌的主要依據。 無菌試驗 現在采用的無菌試驗方法有肉湯培養(yǎng)法、雙碟培養(yǎng)法、斜面培養(yǎng)法。其中以酚紅肉湯培 養(yǎng)法和雙碟培養(yǎng)法結合起來進行無菌檢查用的較多。 （1）肉湯培養(yǎng)法 直接用裝有酚紅肉湯的無菌試管取樣 ，然后放入37C恒溫室（箱）內培 養(yǎng)。定時觀察試管內肉湯培養(yǎng)基的顏色變化 ,同時進行顯微鏡觀察。 （2）斜面培養(yǎng)法 先用空白無菌試管取樣 ,然后在無菌條件下接種于斜面培養(yǎng)基上 ,置于 37C恒溫室（箱）內

3、培養(yǎng)。定時觀察有無雜菌菌落生長。 （3） 雙碟培養(yǎng)法 種子罐樣品先取入肉湯培養(yǎng)基中 ,然后在無茵條件下在雙碟培養(yǎng)基上 面劃線,剩下的肉湯培養(yǎng)物在恒溫室 （箱）內培養(yǎng) 6小時后復劃線一次 ,發(fā)酵罐培養(yǎng)液直接取入空 白無菌試管中,于37C下培養(yǎng)6小時后在雙碟培養(yǎng)基上劃線。24小時內的雙碟定時在燈光下 檢查有無雜菌生長。 24小時48小時的雙碟 1 天檢查一次 ,以防生長緩慢的雜菌漏檢。正常生 產過程中 ,種子罐和發(fā)酵罐每隔 8小時取樣一次 ,進行無菌檢查。該方法經常用于單菌落挑選， 可以從染有雜菌的培養(yǎng)液中經多次劃線挑取單菌落進行分離培養(yǎng)，得到純種的種子。 無菌試驗的結果一般需要 812 小時才能

4、作出判斷。為了縮短判斷時間 ,有時向培養(yǎng)基中 加入赤霉素、對氨基苯甲酸等生長激素以促進雜菌的生長。 B:染菌的判斷 培養(yǎng)基的染菌判斷是錯綜復雜的工作 ,又是一種細微觀察、認真分析的王作。 染菌罐的判斷方法: 以無菌試驗中的酚紅肉湯培養(yǎng)和雙碟培養(yǎng)的反應為主,以鏡檢為輔。每個無菌樣品的無菌 試驗，至少用 2 只酚紅肉湯或斜面同時取樣培養(yǎng)。要定量或用接種環(huán)蘸取法取樣，公司現階 段基本都直接從發(fā)酵罐直接取樣。因取樣量不同 ,影響顏色反應和渾濁程度的觀察。如果連續(xù) 3 個時間的酚紅肉湯無菌樣發(fā)生顏色變化或產生渾濁 ,或斜面連續(xù) 3 個時間樣品長出雜菌即判 斷為染菌。有時酚紅肉湯反應不明顯 ,要結合鏡檢確

5、認連續(xù) 3 個時間樣品染菌，即判為染菌。 各級種子罐的染菌判斷亦參照上述規(guī)定。 對肉湯和無菌斜面的觀察及保存期的規(guī)定 ,發(fā)酵培養(yǎng)基滅菌后應取無菌樣，以后每隔 8 小 時取無菌樣一次，直至放罐。無菌試驗的肉湯和雙碟應保存并觀察至本罐批放罐后 12 小時， 確認無雜菌污染后方可棄去。無菌檢查時間應每 6 小時觀察一次無菌試驗樣品，以便能及早 發(fā)現染菌。 2、染茵率的統計 以發(fā)酵罐染菌罐批 （次）為基準, 染菌罐批 （次）應包括染菌重消后的重復染菌的灌（批）次 在內。發(fā)酵總過程 （全周期 ）無論前期或后期染菌 ,均作“染菌”論處。 發(fā)酵罐染菌罐批 （次 ） 染菌率（% ） =X100% 總投罐批 （

6、次） 3）染菌 （包括染噬菌體 ）的處理 （一）污染雜菌的處理 發(fā)酵罐污染雜菌后 ,依據染菌時間、 所染雜菌的危害性及時進行處理 ,同時對所涉及的設備 也要及時處理。 a. 種子罐染菌的處理 種子罐染菌后都不能往下道工序移種 ,要及時用高壓蒸汽直接滅菌后經過濾處理放下水。 b. 發(fā)酵罐染菌的處理 發(fā)酵罐前期染菌 ,污染的雜菌對產生菌的危害性大 ,采用蒸汽滅菌經過濾處理后放掉 ;如果 危害性不大 ,可用重新滅菌、重新接種的方式處理 ,如營養(yǎng)成分消耗較多 ,可放掉部分培養(yǎng)液補 入部分新培養(yǎng)基后進行滅菌 ,重新接種；如污染的雜菌量少且生長緩慢 ,可以繼續(xù)運轉下去 ,但 要時刻注意雜菌數量和代謝的變化

7、。 在發(fā)酵的中后期染菌 ,一是加入適量的殺菌劑 ,如呋喃西林 或某些抗生素 ,抑制雜菌的生長。二是降低培養(yǎng)溫度或控制補料量來控制雜菌的生長速度。如 果采用上述兩種措施仍不見效 ,就要考慮提前放罐。 c. 染菌后的設備處理 . 染菌后的罐體用甲醛等化學物質處理 ,再用蒸汽滅菌包括各種附屬設備 。在再次投料 之前,要徹底清洗罐體、附件 ,同時進行嚴密程度檢查 ,以防滲漏。染菌后的處理尤為重要，很 多大面積染菌都是由于處理不徹底而造成的系統污染，造成無法及時處理好各個環(huán)節(jié)出現連 續(xù)污染。 （二）污染噬菌體的處理 抗生素等產品發(fā)酵過程中有時出現噬菌體污染,輕者造成生產能力大幅度下降 ,重者造成停產。

8、一般噬菌體污染后往往出現發(fā)酵液突然轉稀，泡沫增多，早期鏡檢發(fā)現菌體染色不均勻，在 較短時間內菌體大量自溶，最后僅殘留菌絲斷片，平皿培養(yǎng)出現典型的噬菌斑，溶氧濃度回升提 前，營養(yǎng)成分很少消耗，產物合成停止等現象。 發(fā)酵過程中污染噬菌體后，一般做如下處理： 1發(fā)酵液用高壓蒸汽滅菌后放掉，嚴防發(fā)酵 液任意流失；2.全部停產，對環(huán)境進行全面的清洗和消毒，斷絕噬菌體的寄生基礎；3.更換生產 菌種，不斷篩選抗噬菌體菌種，防止噬菌體的重復污染。 污染烈性噬菌體時出現上述現象。如果污染溫和噬菌體時，其反應溫和，平皿培養(yǎng)不出現明 顯的噬菌斑，只出現部分菌體自溶，生化指標變化不顯著，生產能力降低，對生產的危害亦是

9、嚴重 的,但不易被發(fā)現。防止溫和噬菌體污染的方法同上所述。 第二部分：染菌原因分析 染菌是發(fā)酵工業(yè)的大敵，不制服染菌就不能實現優(yōu)質高產。在抗生素發(fā)酵生產中造成發(fā)酵 染菌的原因很多，分析染菌的原因是很困難的。但在眾多的原因分析中，從人、機、料、法、 環(huán)各個環(huán)節(jié)進行細致的分析.從多方面查找原因，查出雜菌的來源，采取相應措施予以制服。 一、染菌原因的分析。 染菌的途徑多，表現的現象多樣。因而追查雜菌的來源是困難的，從現有的經驗可從下述幾 千方面進行分析。 （一）從染菌的規(guī)模和時間分析 在發(fā)酵過程中，如果是種子罐和發(fā)酵罐同時大面積染菌 ，雜菌的主要來源可能是空氣凈化 系統,如空氣過濾器失效或空氣管道滲

10、漏造成的。其次考慮種子制備工序。如果只是發(fā)酵罐大 面積染菌，除考慮空氣凈化系統帶菌外，還要重點考查接種管道、補料系統。發(fā)酵培養(yǎng)基采用連 續(xù)滅菌工藝時,還要嚴格檢查連消系統是否帶入雜菌。 如果是部分發(fā)酵罐在發(fā)酵早期染菌，可能是培養(yǎng)基滅菌不徹底，或種子罐帶菌，或接種管道 滅菌不徹底造成的。如果是發(fā)酵的中后期染菌，重點分析補料系統和加消沫劑系統，個別發(fā)酵 罐連續(xù)染菌,就從單個罐體查找雜菌來源，如罐內是否有“死角”或冷卻系統有滲漏。當然還要 檢查附件，個別罐批的散在性染菌，其原因很難追查，要具體情況具體分析。 （二）從雜菌類型分析 發(fā)酵過程染菌，多種菌型出現的機率多，單菌型機率較少。染的是耐熱芽抱桿菌

11、時，這與培 養(yǎng)基滅菌不徹底或設備內部有“死角”關系甚大?？諝庵幸泊嬖谘勘U菌 ，污染的雜茵是不耐 熱的球菌或桿菌時，可從空氣凈化系統和冷卻系統進行追查。 二、制服染菌的要點 從表5-4的抗生素發(fā)酵染菌原因分析的統計資料看，空氣凈化系統帶菌是導致染菌的主 要因素。但仔細分析,設備穿孔和滲漏等造成的染菌占33.85%，占第1位。 表54染菌原因的系統分析 染菌原因 所占百分比， 染菌原因 所占百分比,% 1種子帶菌或懷疑種子帶菌 9.64 8.接種管穿孔。 0.29 2接種時罐壓降至大氣壓力 0.19 9.閥門泄漏 1.45 3.精養(yǎng)基消毒不透 0.791 10.攪拌軸封的泄漏 2.09 4總空氣

12、系統帶菌 1 .96 11.罐蓋泄漏 1.54 5泡沫升至罐頂 0.48 12.其它設備泄漏 10.13 6央套穿孔 12.36 13.操作問題 10.15 7蛇管穿孔 5.89 14.原因不明 24.91 據已有的制服染菌經驗，對發(fā)酵過程中涉及的空氣凈化系統、設備系統、蒸汽質量、工藝 操作提出下述要求。 1對空氣凈化系統的要求 防止空氣凈化系統帶菌的主要措施有提高空氣進口的空氣潔凈度；除盡壓縮空氣中夾帶 的油和水,保持過濾介質的除菌效率?，F在公空氣系統應該有了很大的進步，不存在油的問題， 但在夏秋兩季，由于空氣濕度較大可能出現預過濾器放出水的現象，因此各個車間應根據車 間情況，定時放水。另外

13、，在過濾器滅菌時要防止過濾介質被沖翻或燒灼，還要防止發(fā)酵液倒流 入空氣過濾器內。 2對蒸氣的要求 首先要重視蒸汽質量，一般采用飽和蒸汽，嚴格控制蒸汽中的含水量，按照不同滅茵工藝要 求提供穩(wěn)定的蒸汽壓力，滅菌過程中蒸汽壓力不可以大幅度的波動，以保證滅菌質量，我公司蒸 汽情況是過熱蒸汽，希望熱電車間在處理蒸汽的時候保證蒸汽噴水的均勻性。 3.對設備的要求 發(fā)酵罐及其附屬設備應做到無“滲漏”，無“死角”。凡與物料、空氣、下水道連接的管 件閥門應保證嚴密不漏，蛇管和夾層應定期試漏。連續(xù)滅菌設備要定時拆卸清洗。無菌操作室 和菌種培養(yǎng)間定期消毒，以保持無菌狀態(tài)。 4對工藝操作的要求 發(fā)酵罐放罐之后，對罐體

14、和附屬設備進行全面清洗和檢查，清除罐內的殘渣，除盡罐壁上的 污垢,清除罐內附件處的堆積物。 配制培養(yǎng)基時要防止物料結塊或帶入異物，配料罐和輸送料液系統要定時清洗消毒。 在實罐滅菌、空罐滅菌、培養(yǎng)基連續(xù)滅菌、各種管道的滅菌等的操作過程中，要嚴格執(zhí)行 工藝規(guī)程要求。滅菌中要保證蒸汽暢通，保證蒸汽壓力與溫度的對應關系。這里重點強調一下 關于假壓力的問題，保證空氣排盡，注意分配主進汽，付進汽。 菌種組的工作人員要嚴格按工藝規(guī)程制備生產種子。對進入無菌室的全部物料、器械實 行滅菌。堅持無菌間和無菌操作人員的菌落檢測制度。 發(fā)酵過程的無菌檢查工作，要嚴密取樣操作，力求減少取樣和平皿劃線時的操作誤差。嚴格

15、鏡檢崗位的操作要求，降低無菌檢查中的錯判與誤判。發(fā)酵染菌罐批，及時查明雜菌來源，并采 取相應措施予以處理， 對空氣凈化系統、補料系統、轉種系統等要嚴格管理 ，加強無菌檢查。 第三部分：滅菌的對數殘留定律 1實消滅菌的時間計算：t=2.303/klogNo/Ns t滅菌時間秒 k-速度常數，1/秒與滅菌采用的溫度和菌的種類有關 N o-開始滅菌時原有菌個數 Ns-結束滅菌時菌個數 2）2）連續(xù)滅菌的時間計算：t=2.303/klogCo/Cs t滅菌時間秒 k-速度常數，1/秒與滅菌采用的溫度和菌的種類有關 Co-開始滅菌時每毫升原有菌個數 Cs-結束滅菌時每毫升菌個數 第四部分：空氣過濾器膜的

16、介紹 分離機理：氣體一阻留、沉積、擴散、攔截、靜電 膜材料：醋纖一三醋纖、磺化聚砜、磺化聚醚砜、芳香聚酰胺、陶瓷 供應廠商：PAUL DH MILIPOR 上海過濾器廠 上海一鳴 MF分類一膜 材料 金屬膜，金屬合金膜，高分子膜，高分子合金膜，陶瓷膜 型式 板狀膜，管狀膜一毛細管狀、多通道管狀、圓管狀 制法 相轉化，膨化拉伸，燒結，核跡一刻蝕，溶膠一凝膠 特性 親水膜，疏水膜，耐腐蝕膜，耐高溫膜，高強度膜 效率 絕對過濾膜，公稱過濾膜，預過濾膜 孔型 絕對過濾膜，公稱過濾膜，預過濾膜 25 膜過濾一一微濾（MF ） MF評價 膜評價 內因 孔結構，孔徑及其分布，孔隙率 外因: 耐熱性，耐化學品

17、腐蝕性，機械強度 器評價 可靠性 精度，效率，耐溫性，耐化學品腐蝕性，親疏水性，機械強度 經濟性 通量，購買成本，更換頻率 內因與精度、效率、通量關聯，外因與使用環(huán)境關聯。 技術關鍵：（1）膜無缺陷制作工藝，（2）器無損傷制作工藝，（3）正確的評價方法。 MF膜評價一孔徑及其分布 方法 *氣泡點法，汞壓入法，流速 法 原理 :毛細管模型（常規(guī)） 孔板模型（YM專有技術） 模型 算式 r =4k 6 cos 0 /p r =4k 6 cos 0 /5p r-孔徑，k修正系數， 6測試液表面張力， 0 膜材料與測試液接觸角， p起泡點壓力 分布類型 左傾斜，對稱（正態(tài)分布），右傾斜 28 MF膜評

18、價一耐熱性 膜材質 PTFE PVDF PES N6 CA-CN Ni SS 長期使用最高溫度 ：80 ：80 80 70 60 250 400 短期蒸汽消毒溫度 142 138 130 121 121 350 600 MF膜評價一耐化學品腐蝕性 實驗法：溶劑中浸泡24hr，其泡點下降v 10%，通量下降v 20%，則可定義為膜能耐該種溶 劑。 MF組件評價一過濾精度與效率試驗方法 完整性試驗：破壞性實驗，非破壞性實驗 破壞性實驗：細菌實體試驗，雜質實體試驗 非破壞性實驗：流量擴散試驗，氣泡點試驗，壓力保持試驗，油霧實體試驗 MF組件評價一常見評價法 方法 擴散流法 壓力衰減法 油霧法 泡點法

19、 原理 :Fick定律 道爾頓定律 類比原理 You ng方程 類型 間接 間接 直接 間接 研究 對象 以流經膜的氣體 量為考查對象， 來評價膜孔大 小,推算過濾精 度、效率 以膜前氣體壓力 的變化為考查對 象，來評價膜孔 大小，推算過濾 精度、效率 以油霧粒子在過 濾前后數量（重 量）變化為考查對 象，來計算過濾精 度、效率 以膜濕潤后冒出氣 泡時的壓力為考查 對象，來評價膜孔 大小，推算過濾精 度、效率 局限 性 不完全適用于氣 體 不完全適用于氣 體 不完全適用于液 體 不完全適用于組件 MF過濾機理一氣體 機理 意義 直接阻留 膜使所有比膜孔徑大的粒子全部阻留在截留表層上 慣性沉積

20、微粒有足夠的慣性力，使它不能隨流線繞過膜而被阻留 扌二集截留 微粒慣性較小時，雖能隨流線運動，但幾乎完全沉沒在環(huán)繞膜 體的粘性流中，由于粘性流足夠的慢而使顆粒被留下 擴散截留 微粒由于布朗運動而從流線中游離出來，經碰撞膜體而被阻留 靜電截留依靠微粒與膜體間實有的或誘導的靜電力，使微粒撞擊到膜體 上被捕集 圖片： 產品名稱： 玻纖披覆氟聚物微孔濾膜 (HFGF) 產品特點： *纖維表面經氟聚物處理* 集纖維與膜的過 產品參數： 尺寸：280Xx mm F-. 產品型號： F-B、E 材質結構： 氟聚物(HF)，玻璃纖維(GF) 使用說明： 請垂詢一鳴公司 第五部分：查找染菌原因的深層次分析案例

21、大觀霉素發(fā)酵生產的染菌率較低。個別發(fā)酵罐染菌后，生長代謝所受影響也較小，大 多能正常周期放罐，發(fā)酵單位所受損失也不大。99年出現的幾批染菌罐卻表現出了很大異常: 確定染菌后，發(fā)酵罐PH開始急劇下降，糖耗快，氨氮降低，發(fā)酵單位開始下滑，只能提前 放罐。嚴重影響正常。本文從染菌原因分析，給制服無菌提供了一個新思路，為國內抗生素 生產廠家對制服染菌有借鑒作用。 為找清染菌原因，從染菌罐分離出雜菌，考察其培養(yǎng)特性，做耐熱實驗。然后根據這 種菌在發(fā)酵培養(yǎng)基中的生長速度，推算出雜菌進入發(fā)酵罐的時間，最終確定了染菌原因，并 采取了相應的措施，制服了這次染菌?，F將這次染菌的原因分析及相應的對策介紹如下。 一：

22、染菌特征 1：發(fā)酵罐培養(yǎng)至 50 小時左右， 33 小時后的無菌肉湯跟蹤樣開始變色，確認染菌。此 后，發(fā)酵罐 PH 開始急劇下滑，糖耗快，氨氮下降，發(fā)酵單位停止增長， 60小時左右提 前放罐。 2：變色肉湯涂片鏡檢：短桿菌。 3：發(fā)酵液（周期 60 小時左右）涂片鏡檢：桿菌，已經形成芽孢。 二：雜菌分離、培養(yǎng) 1把變色肉湯接入無菌紅色肉湯，37C恒溫培養(yǎng)。24小時后肉湯變黃，表明這種菌代 謝產生酸性物質。 2:向變色肉湯中加入2滴5M的NaOH溶液，搖勻（PH為10），放置10分鐘。把該 肉湯接入無菌肉湯，37E恒溫培養(yǎng)48小時，肉湯仍不變色。說明這種雜菌對堿性環(huán)境 的耐受性較差。 3:用細菌

23、培養(yǎng)基對這種雜菌進行平板分離，雜菌菌落具有細菌菌落的典型特征。挑取 單菌落接入肉湯，培養(yǎng)特征與直接從染菌罐接入的肉湯中的雜菌一致。鏡檢，雜菌呈 短桿狀，可觀察到部分菌體進行二分裂繁殖。 4:把雜菌接入菌種效價跟蹤用的發(fā)酵瓶，培養(yǎng)情況與發(fā)酵罐的代謝情況類似。 5:把雜菌接入空白發(fā)酵瓶，培養(yǎng) 24 小時后進行平板分離及肉湯檢測，結果證明這種 菌能在發(fā)酵瓶中存活、生長繁殖。由于發(fā)酵瓶和發(fā)酵罐的營養(yǎng)成分、培養(yǎng)條件一致， 因此可以用發(fā)酵瓶來模擬雜菌在發(fā)酵罐中的生長情況。 三:雜菌耐熱性實驗 用牛肉膏蛋白胨液體培養(yǎng)基培養(yǎng)這種菌， 吸取定量體積的菌液分別接入 11 支無菌 肉湯。取1支作對照，另10支每2支

24、為1組，分別在100C沸水浴中加熱5分鐘，10 分鐘，15分鐘，20分鐘，25分鐘。37T恒溫培養(yǎng)24小時，只有加熱25分鐘的兩支 肉湯不變色。說明這種菌的耐熱性較強。 四:染菌時間判斷 把雜菌接入空白發(fā)酵瓶，在不同培養(yǎng)時間取樣，進行平板菌落計數，計算出發(fā)酵 瓶內的菌體數。該菌的繁殖方式為二分裂，根據培養(yǎng)時間和菌體數目的對應關系，可以 計算出該菌在發(fā)酵瓶內繁殖一代所需的時間（代時）。 1:制備菌體稀釋液（濃度約每毫升幾百個） 從平板上挑取單菌落，按梯度稀釋法制得菌體稀釋液（約520個/毫升）。 2:代時的確定 吸取1毫升稀釋液接入空白發(fā)酵瓶（30毫升培養(yǎng)基），發(fā)酵瓶培養(yǎng)條件與發(fā)酵罐培 養(yǎng)條件保

25、持一致。在不同時間取樣，進行平板菌落計數。計算出對應的菌濃和菌體數， 如下表。 培養(yǎng)時間 取樣量 菌落數 菌濃 菌體數 （小時） （毫升） （個） （個/毫升） （個） 0 0.5 16 32 960 1.5 0.5 40 80 2400 3.0 0.2 49 245 7350 4.5 0.2 122 610 18300 6.0 0.1 172 1720 51600 根據公式X=Xx 2（t2?ti）/T, t2-t 1=3.322 x Tx lg （XVXi）和上表數據，計算得到代時（T）約 為1.1小時。 其中，X為時間11時的菌體數量， X為時間t 2時的菌體數量， T為代時（繁殖一代所需