發(fā)酵工程工業(yè)發(fā)酵染菌的防治

發(fā)酵工程工業(yè)發(fā)酵染菌的防治第一頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期五第一節(jié)染菌對(duì)工業(yè)發(fā)酵的危害

無(wú)論單菌發(fā)酵還是混合菌種發(fā)酵，都是純種發(fā)酵，除菌種以外的其他微生物都應(yīng)視為雜菌。所謂染菌，是指在發(fā)酵培養(yǎng)基中侵入了有礙生產(chǎn)的其它微生物。我國(guó)幾乎所有的發(fā)酵工業(yè)都曾遭受過(guò)雜菌的污染，染菌率有時(shí)高達(dá)10%。染菌對(duì)發(fā)酵產(chǎn)率、提取收得率、產(chǎn)品質(zhì)量和三廢治理等都有很大影響。染菌的結(jié)果，輕者影響產(chǎn)量或質(zhì)量，重者可引起倒罐，甚至停產(chǎn)，造成原料、人力和設(shè)備、動(dòng)力的浪費(fèi)。因此，防止雜菌和噬菌體污染是保證發(fā)酵正常進(jìn)行的關(guān)鍵之一。防止染菌的原則：防患重于治理。第二頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期五一.染菌對(duì)不同品種發(fā)酵的影響二.感染不同種類和性質(zhì)雜菌對(duì)發(fā)酵的影響三.不同污染時(shí)間對(duì)發(fā)酵的影響四.染菌程度對(duì)發(fā)酵的影響五.染菌對(duì)產(chǎn)物提取和產(chǎn)品質(zhì)量的影響第三頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期五

菌種、培養(yǎng)基、發(fā)酵條件、發(fā)酵周期以及產(chǎn)物性質(zhì)等不同，染菌造成的危害程度也不同。一.染菌對(duì)不同品種發(fā)酵的影響

青霉素發(fā)酵——許多產(chǎn)青霉素酶的雜菌——任何時(shí)期污染都可能使青霉素迅速被破壞而一無(wú)所獲。

疫苗深層培養(yǎng)——一旦受污染，全部廢棄。

檸檬酸發(fā)酵——產(chǎn)酸后pH值很低，一般雜菌不易生長(zhǎng)——防止前期染菌。

谷氨酸發(fā)酵——周期短，生產(chǎn)菌繁殖快，加之培養(yǎng)基不太豐富——極少污染，但噬菌體危害大。

肌苷、肌苷酸發(fā)酵——生產(chǎn)菌是多種營(yíng)養(yǎng)缺陷型，生長(zhǎng)能力差，培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)豐富等——易染菌總之，無(wú)論何種發(fā)酵，染菌后都會(huì)造成糖及其他營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)被消耗，而影響發(fā)酵產(chǎn)物的合成，使產(chǎn)量大大地降低。第四頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期五二.不同染菌對(duì)發(fā)酵的影響

在工業(yè)發(fā)酵中，不同種類的雜菌對(duì)發(fā)酵造成的危害是不同的。

例如，在抗生素發(fā)酵中，青霉素發(fā)酵污染細(xì)短產(chǎn)氣桿菌比污染粗大桿菌危害更大；鏈霉素發(fā)酵污染細(xì)短桿菌、假單胞桿菌和產(chǎn)氣桿菌比污染粗大桿菌更嚴(yán)重，而四環(huán)素發(fā)酵最怕污染雙球菌、芽孢桿菌和莢膜桿菌。

谷氨酸發(fā)酵最危險(xiǎn)的是污染噬菌體，因?yàn)槭删w蔓延迅速，難以防治，容易造成連續(xù)污染。第五頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期五三.不同染菌時(shí)期對(duì)發(fā)酵的影響

菌體濃度低，培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)豐富，易染菌——先滅菌后棄去，同時(shí)還要對(duì)種子罐、管道進(jìn)行檢查、徹底滅菌。1.種子培養(yǎng)期染菌2.發(fā)酵前期染菌易染菌。雜菌與生產(chǎn)菌爭(zhēng)奪營(yíng)養(yǎng)成分，干擾生產(chǎn)菌的繁殖和產(chǎn)物合成——應(yīng)特別防止發(fā)酵前期染菌?？芍匦聹缇a(bǔ)充必要營(yíng)養(yǎng)，重新接種。第六頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.發(fā)酵中期染菌

嚴(yán)重干擾生產(chǎn)菌的代謝和產(chǎn)物的合成。有的雜菌繁殖后產(chǎn)生酸性物質(zhì)，pH值下降，糖、氮消耗迅速，菌體自溶，發(fā)酵液粘性增加，產(chǎn)生大量泡沫，代謝產(chǎn)物的積累迅速減少或停止，有的已生成的產(chǎn)物也會(huì)被利用或破壞，有的發(fā)酵液變臭。挽救處理困難，危害性很大。

如抗生素發(fā)酵，可將另一罐發(fā)酵正常、單位高的部分發(fā)酵液輸入染菌罐中，以抑制雜菌繁殖，同時(shí)采取低通風(fēng)，降低流加糖量的措施。第七頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期五又如檸檬酸發(fā)酵中期染菌，可根據(jù)所染雜菌的性質(zhì)分別處理：加大通氣量，加速產(chǎn)酸，必要時(shí)加入鹽酸調(diào)節(jié)pH，抑制雜菌污染細(xì)菌：可加入0.025~0.035g／L的硫酸銅，抑制酵母生長(zhǎng)污染酵母：加入另一罐接近成熟的發(fā)酵液，降低pH值，使黃曲霉自溶。污染黃曲霉：青霉在pH值較低時(shí)也能生長(zhǎng)，可考慮提前放罐。污染青霉：第八頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期五4.發(fā)酵后期染菌如雜菌量不大，可繼續(xù)發(fā)酵，如污染嚴(yán)重，可提前放罐。第九頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期五四.染菌程度對(duì)發(fā)酵的影響染菌程度越大，對(duì)發(fā)酵的危害就愈大。當(dāng)生產(chǎn)菌已迅速繁殖，在發(fā)酵液中占有優(yōu)勢(shì)，污染極少數(shù)雜菌(1~2個(gè)雜菌/1L)，對(duì)發(fā)酵不會(huì)造成影響，因?yàn)檫@些雜菌需要時(shí)間繁殖才能達(dá)到危害發(fā)酵的程度，而且環(huán)境對(duì)雜菌的繁殖已不利。但是污染幅度較大時(shí)，特別是發(fā)酵前期和中期污染，將造成嚴(yán)重的危害。第十頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期五五.染菌對(duì)產(chǎn)物提取和產(chǎn)品質(zhì)量的影響菌體大多自溶由于發(fā)酵不徹底，基質(zhì)的殘留濃度增加大幅度降低過(guò)濾效率發(fā)酵液粘加大，甚至發(fā)臭。造成影響：過(guò)濾時(shí)間拉長(zhǎng)，影響設(shè)備周轉(zhuǎn)使用，破壞生產(chǎn)平衡對(duì)過(guò)濾的影響：第十一頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期五

有機(jī)溶劑萃取工藝：染菌的發(fā)酵液含有更多的水溶性蛋白，易發(fā)生乳化，使水相和溶劑相難于分開(kāi)

離子交換工藝：雜菌易粘附在離子交換樹(shù)脂表面或被離子交換樹(shù)脂吸附，大大降低離子交換樹(shù)脂的交換量對(duì)提取的影響：第十二頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期五

對(duì)內(nèi)在質(zhì)量：染菌的發(fā)酵液含有較多的蛋白質(zhì)和其它雜質(zhì)——產(chǎn)品純度

對(duì)產(chǎn)品外觀：一些染菌發(fā)酵液經(jīng)過(guò)處理過(guò)濾后得到澄清的發(fā)酵液，放置后會(huì)出現(xiàn)渾濁，影響外觀對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響：第十三頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期五第二節(jié)染菌的檢查和原因分析二.染菌的檢查與判斷三.染菌的原因分析四.雜菌污染的途徑和預(yù)防五.染菌的拯救與處理一.種子培養(yǎng)和發(fā)酵的異常現(xiàn)象第十四頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期五

1、種子培養(yǎng)異常

其表現(xiàn)及原因：（1）菌體生長(zhǎng)緩慢：原料質(zhì)量、菌體老化、供氧不足、溫度、酸堿度，種子冷藏時(shí)間長(zhǎng)或接種量過(guò)低。（2）菌絲結(jié)團(tuán)：菌絲團(tuán)中央結(jié)實(shí)，內(nèi)部菌絲的營(yíng)養(yǎng)吸收和呼吸受到影響，不能正常生長(zhǎng)。原因多而且復(fù)雜。（3）代謝不正常：接種物質(zhì)量和培養(yǎng)基質(zhì)量、培養(yǎng)環(huán)境差，接種量小、雜菌污染等有關(guān)一.種子培養(yǎng)和發(fā)酵的異?，F(xiàn)象第十五頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、發(fā)酵異常其表現(xiàn)及原因：（1）菌體生長(zhǎng)差：種子質(zhì)量的影響；導(dǎo)致代謝緩慢。（2）pH不正常：培養(yǎng)基質(zhì)量、滅菌效果、補(bǔ)糖等影響；是所有代謝反應(yīng)的綜合反映。（3）溶解氧異常

染菌：染好氧菌，染厭氧菌第十六頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期五（4）泡沫過(guò)多

泡沫的消長(zhǎng)不符合規(guī)律；培養(yǎng)基滅菌時(shí)溫度過(guò)高或時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，葡萄糖變成氨基糖會(huì)引起泡沫。（5）菌體濃度過(guò)高或過(guò)低

罐溫長(zhǎng)時(shí)間偏高；溶氧不足；營(yíng)養(yǎng)條件差；種子質(zhì)量差；菌體自溶。第十七頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期五（1）顯微鏡檢查法（最簡(jiǎn)單、最直接、最經(jīng)常）（2）平板劃線培養(yǎng)或斜面培養(yǎng)檢查法；平板制好后，應(yīng)先保溫24小時(shí)，確定無(wú)菌（3）肉湯培養(yǎng)基檢查法（酚紅變色pH6.8-8.4）1、染菌的檢查二.染菌的檢查與判斷第十八頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期五以上3種檢查法未發(fā)現(xiàn)染菌，還不能肯定未被染菌；原因是以上檢查法只能檢查雜菌濃度較大的染菌情況（>1個(gè)/ml）2、以上3種檢查法的不足第十九頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期五（l）溶解氧水平異常變化顯示染菌如谷氨酸發(fā)酵，在發(fā)酵初期，菌體處于適應(yīng)期，耗氧量很少，溶解氧基本不變；當(dāng)菌體進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，耗氧量增加，溶解氧濃度很快下降，并且維持在一定水平(5%飽和度以上)，這階段由于操作條件(pH、溫度、加料等)變化，溶解氧有波動(dòng)但變化不大；發(fā)酵后期，菌體衰老，耗氧量減少，溶解氧濃度又上升。3、發(fā)酵過(guò)程的異常現(xiàn)象來(lái)判斷染菌當(dāng)感染噬菌體時(shí)，生產(chǎn)菌的呼吸作用受抑制，溶解氧濃度很快上升。其溶氧變化比菌體濃度變化更快速靈敏。第二十頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期五（2）排氣中CO2異常變化顯示染菌好氣性發(fā)酵排氣中CO2含量與糖代謝有關(guān)，可以根據(jù)CO2含量來(lái)控制發(fā)酵工藝（如流加糖、通風(fēng)量等）。對(duì)于某種發(fā)酵，在工藝一定時(shí)，排氣中CO2含量變化是有規(guī)律的。在染菌后，糖的消耗發(fā)生變化（加快或減慢），引起CO2含量的異常變化。如污染雜菌，糖耗加快，CO2含量增加；感染噬菌體，糖耗減慢，CO2含量減少。因此，可根據(jù)CO2變化來(lái)判斷染菌。第二十一頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期五三.染菌的原因分析1.發(fā)酵染菌率

發(fā)酵的總?cè)揪剩褐敢荒陜?nèi)發(fā)酵染菌的批次與總投料發(fā)酵批次數(shù)之比的百分率：發(fā)酵染菌率是在發(fā)酵罐中發(fā)生的染菌率，包括染菌后引起倒罐的批數(shù)，但種子罐培養(yǎng)的染菌不接入發(fā)酵罐，不導(dǎo)致發(fā)酵染菌的另行計(jì)算?？?cè)揪?發(fā)酵染菌批數(shù)總投料批數(shù)×100%第二十二頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期五除總?cè)揪释猓€有：設(shè)備染菌率：某一設(shè)備缺陷不同發(fā)酵階段的染菌率：前、中、后期季節(jié)染菌率：操作染菌率：操作工染菌率高低與發(fā)酵的菌種、培養(yǎng)基、產(chǎn)品性質(zhì)、發(fā)酵周期、生產(chǎn)環(huán)境條件、設(shè)備和管理技術(shù)水平有關(guān)。第二十三頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.染菌原因分析總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，防患于未然，是積極防止發(fā)酵染菌的最重要措施。原因很多，歸納起來(lái)主要有：種子帶菌無(wú)菌空氣帶菌設(shè)備滲漏滅菌不徹底操作失誤技術(shù)管理不善第二十四頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期五（1）從污染時(shí)間來(lái)分析種子培養(yǎng)階段：種子，滅菌，操作發(fā)酵后期：空氣，補(bǔ)料，設(shè)備滲漏，泡沫頂蓋，操作發(fā)酵前期：種子，滅菌，操作，空氣第二十五頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期五（2）從污染的雜菌種類來(lái)分析雜菌是耐熱的芽孢桿菌：滅菌，死角不耐熱雜菌：種子帶菌、空氣帶菌、設(shè)備滲漏、操作問(wèn)題等；真菌：滲漏，無(wú)菌室滅菌不徹底，無(wú)菌操作，糖液滅菌不徹底；第二十六頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期五◆大批量發(fā)酵罐染菌：

前期：種子帶菌或連消設(shè)備引起染菌；

中、后期：空氣凈化系統(tǒng)存在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不合理、過(guò)濾器失效。（3）從染菌的規(guī)模來(lái)分析◆部分發(fā)酵罐染菌：

前期：種子染菌、連消系統(tǒng)滅菌不徹底；

后期：補(bǔ)料染菌（料液本身帶菌或補(bǔ)料管道滲漏）?！魝€(gè)別發(fā)酵罐連續(xù)染菌：設(shè)備滲漏第二十七頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期五四.雜菌污染的途徑和預(yù)防1.種子帶菌及防止（l）培養(yǎng)基及用具滅菌不徹底：防假壓（2）菌種在移接時(shí)被污染：操作不當(dāng)，無(wú)菌室管理不嚴(yán)（3）菌種在培養(yǎng)、保藏過(guò)程中受污染：試管塞，培養(yǎng)和保藏溫度不宜變化太大。第二十八頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.無(wú)菌空氣帶菌及防止無(wú)菌空氣帶菌是發(fā)酵染菌的主要原因之一。從空氣凈化流程和設(shè)備的設(shè)計(jì)、過(guò)濾介質(zhì)的選用和裝填、過(guò)濾介質(zhì)的滅菌和管理等方面完善空氣凈化系統(tǒng)。第二十九頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.培養(yǎng)基和設(shè)備滅菌不徹底導(dǎo)致染菌及防止（2）實(shí)罐滅菌時(shí)未充分排除罐內(nèi)冷空氣：“假壓”（1）原料性狀：淀粉質(zhì)原料在升溫過(guò)快或混合不均勻時(shí)，容易結(jié)塊，“夾生”，包埋的活菌不易殺滅?！郎厍皵嚢?，并加入一定量α-淀粉酶。第三十頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期五（3）連續(xù)滅菌時(shí)蒸汽壓力波動(dòng)大，未達(dá)到滅菌溫度：嚴(yán)格控制滅菌溫度，最好采用自動(dòng)控制裝置。（4）設(shè)備、管道存在“死角”：“死角”：由于操作、設(shè)備結(jié)構(gòu)、安裝或人為造成的屏障等原因，引起蒸汽不能有效到達(dá)預(yù)定的局部滅菌部位，從而不能達(dá)到徹底滅菌的要求。第三十一頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期五常見(jiàn)的設(shè)備、管道“死角”發(fā)酵罐的“死角”：不銹鋼襯里破裂造成死角，發(fā)酵罐罐底膿皰狀積垢。圖：不銹鋼襯里破裂造成死角圖：發(fā)酵罐罐底積垢第三十二頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期五第三十三頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期五管道安裝不當(dāng)形成的死角第三十四頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期五第三十五頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期五4.設(shè)備滲漏引起染菌及防止（1）發(fā)酵設(shè)備、管道、閥門的長(zhǎng)期使用，由于腐蝕、磨擦和振動(dòng)等原因，往往造成