发酵染菌分析课件

生化生产工艺学第九章发酵染菌及其防治11/20/20221学习要点染菌对发酵的影响1发酵异常现象及染菌原因分析2杂菌污染的途径和防治4杂菌污染的判断与处理311/20/202221、什么叫发酵染菌?在发酵过程中，生产菌以外的其他微生物侵入了发酵液，从而使发酵过程失去了真正意义上的纯种培养。菌种培养过程操作不当培养基灭菌不彻底发酵设备（如发酵罐、管道）密封不严空气除菌不净2、造成发酵染菌的可能途径有哪些？本章概述11/20/20223染菌仍是发酵工业的致命伤。轻者影响产率、产物提取收得率和产品质量；严重者造成生产失败，浪费大量原材料，造成严重经济损失，而且扰乱生产秩序，破坏生产计划。遇到连续染菌，特别是又找不到染菌原因，未有防治措施时，往往会影响人们的情绪和生产积极性，造成无法估量的危害。3、染菌会对发酵工业造成哪些不良影响？11/20/202244、在现有科学条件下能否做到彻底不染菌？

据报道，国外抗生素发酵平均染菌率为2%-5%，国内的抗生素发酵、青霉素发酵染菌率2%，链霉素、红霉素和四环素发酵染菌率约为5%，谷氨酸发酵噬菌体感染率1-2%。

目前要做的是要提高生产技术水平，强化生产过程的管理，把握好各个易染菌的环节，尽可能防止发酵染菌的发生；而且一旦发生染菌，要能尽快找出其污染的原因，并采取相应的有效措施，把发酵染菌造成的损失降低到最小。5、既然染菌不可避免，哪我们应该怎样做？11/20/20225一、不同杂菌的种类对发酵的影响

举例：在抗生素的发酵过程中，青霉素的发酵污染细短产气杆菌比粗大杆菌的危害更大;链霉素的发酵污染细短杆菌、假单孢杆菌和产气杆菌比污染粗大杆菌更有危害；谷氨酸的发酵最怕噬菌体的污染。11/20/20227细短产气杆菌细短杆菌、假单孢杆菌双球菌、芽孢杆菌、荚膜杆菌噬菌体青霉菌11/20/20228对整个发酵过程的危害极大。严重干扰生产菌的生长繁殖。干扰生产菌的代谢，影响产物的生成。影响相对较小。二、不同生产阶段染菌对发酵的影响种子培养期染菌发酵后期染菌发酵前期染菌发酵中期染菌11/20/20229将导致染菌范围不断扩大，使生产蒙受重大损失。使发酵大面积染菌。一般不具延续性，使单个（批）发酵罐发酵失败。染菌几率较大。三、不同染菌原因对发酵的影响种子带菌设备渗漏空气带菌培养基或设备灭菌不彻底11/20/202210

染菌程度越严重，即在发酵罐内的杂菌数量就多，对发酵的危害也就越大。但当生产菌在发酵过程已有大量的繁殖，并已在发酵液中占优势，如果污染极少量的杂菌，此时对发酵不会带来太大的影响。四、不同染菌程度对发酵的影响11/20/202211第二节发酵异常现象及染菌原因分析溶解氧的异常变化1排出的CO2异常变化2设备渗漏方面原因分析3空气除菌不净方面原因分析411/20/202212一、发酵过程中的异常现象正常发酵溶解氧的变化

红霉素发酵过程中溶氧的变化1、溶解氧的异常变化11/20/202213溶解氧的异常变化

当杂菌是好气性微生物时，溶解氧的变化是在较短时间内下降，直至接近于零，且在长时间内不能回升；当杂菌是非好气性微生物，而生产菌由于受污染而抑制生长，使耗氧量减少，溶解氧升高。——正常发酵溶解氧曲线……异常发酵溶解氧曲线------异常发酵光密度值11/20/2022142、排气的CO2异常变化

好气性发酵排出的气体中的CO2含量与糖代谢有关。对于特定的发酵过程，工艺确定后，排出的气体中的CO2含量的变化是有规律的。染菌后，培养基中糖的消耗发生变化，引起排气中CO2含量的异常变化，如杂菌污染时，糖耗加快，CO2含量含量增加，噬菌体污染后，糖耗减慢，CO2含量减少。因此，可根据CO2含量的异常变化判断染菌。11/20/2022153、其它异常现象

还可以根据其他的一些异常现象，如菌体生长不良、PH值的异常变化、发酵过程中泡沫的异常增多、发酵液的颜色异常变化、代谢产物含量的异常下跌、发酵周期的异常拖长、发酵液的粘度异常增加等判断染菌。11/20/202216

总结发酵染菌的经验教训，积极采取必要的措施，防止生产过程中再次染菌，把发酵染菌控制在生产前。防患于未然是发酵生产过程中控制染菌污染的最重要措施。分析目的二、染菌原因分析11/20/202217从两表中可以看出，由于不同厂家的生产工艺、技术管理水平好坏不同，而使各种染菌原因的百分率有所不同，其中尤以设备渗漏和空气带菌而染菌较为普遍且严重。值得注意的是，不明原因的染菌分别达20.0%和35.13%。这表明，目前分析染菌原因的水平还有待于进一步提高。

11/20/202218根据染上杂菌的种类可以初步判断染菌原因填表培养基或设备灭菌不彻底种子带菌/空气除菌不彻底设备或冷却盘管的渗漏无菌室灭菌不彻底或无菌操作不当糖液灭菌不彻底或糖液放置时间过长11/20/2022191、设备渗漏方面原因

由于发酵罐需要经受温度的升降变化，使用久了难免会出现夹层盘管的细微腐蚀而出现渗漏，导致染菌的发生。渗漏原因当设备渗漏时，往往每批染菌发生的时间逐渐提前。染菌特点11/20/2022202、空气过滤系统方面原因

进风口、生产环境、空气过滤器（滤芯的灭菌要彻底，过滤介质要定期检查更换）。原因分析空气过滤系统带菌会使发酵罐批批染菌、罐罐染菌，此时就要对空气过滤系统进行无菌样检测。染菌特点11/20/202221第三节杂菌污染的判断及处理染菌的检查和判断杂菌污染的挽救及处理11/20/202222一、染菌的检查和判断发酵过程是否染菌应以无菌试验的结果为依据进行判断。在发酵生产过程中，如何及早发现杂菌的污染并及时采取措施加以处理，是避免染菌造成严重经济损失的重要手段。因此，生产上要求能准确、快速的检查出杂菌的污染。目前常用于检查是否染菌的无菌试验方法主要有以下四种：检查判断目的意义11/20/2022231、显微镜检查法（镜检法）2、肉汤培养法3、平板划线培养或斜面培养检查法4、发酵过程的异常现象观察法无菌试验时，如果肉汤连续三次发生变色反应（由红色变为黄色）或产生混浊，或平板培养连续三次发现有异常菌落的出现，即可判断为染菌。11/20/202224注意事项1、无菌试验的肉汤或培养平板应保存并观察至本批（罐）放罐后12h，确认为无杂菌后才能弃去。2、无菌试验期间应每6h观察一次无菌试验样品，以便能及早发现染菌。

11/20/202225处理：应经灭菌后弃之，并对种子罐、管道等进行仔细检查和彻底灭菌处理：营养成分消耗不多，应迅速重新灭菌；另处，补充必要的营养成分，重新接种进行发酵。处理：可以加人适当的杀菌剂或抗生素以及正常的发酵液，以抑制杂菌的生长速度；产品的含量若达一定值，只要明确是染菌也可放罐。处理：空罐加热灭菌后至120℃以上、30min后，才能使用。也可用甲醛熏蒸或甲醛溶液浸泡12h以上等方法进行处理。二、杂菌污染的挽救及处理种子培养期染菌发酵后对设备的处理发酵前期染菌发酵中、后期染菌11/20/202226何谓“倒种”？

当种子受到杂菌污染又无备用种子时，为了保证发酵生产正常进行，从发酵罐内的发酵液中挑取一部分当作种子，接入到新的发酵罐进行发酵生产，叫“倒种”。补充11/20/202227第四节杂菌污染的途径和防治种子带菌及其防治空气带菌及其防治设备的渗漏或“死角”造成的染菌及其防治生产原料灭菌不彻底导致的染菌操作不当造成染菌及其防治噬菌体染菌及其防治11/20/202228原因分析一、种子带菌及其防治种子保存种子培养基种子换代及接种种子培养设备11/20/2022291．检查发生污染所用的保藏菌种。2．检查发生污染的种子罐接种所用的三角瓶等器皿。3．检查对三角瓶、棉花塞、培养基等所进行的灭菌操作。4．检查天菌锅的工作情况，校核温度表和压力表。灭菌锅工作时锅内空气务必排尽。5．检查无菌室的无菌状况，特别是接种箱。检查接种箱所用的杀菌熏剂。6．检查操作人员的操作技术。7．对杂菌或噬菌体进行微生物检验。防治措施11/20/202230原因分析二、空气带菌及其防治要杜绝无菌空气带菌，就必须从空气的净化工艺和设备的设计、过滤介质的选用和装填、过滤介质的灭菌和管理等方面完善空气净化系统。空气净化系统导致染菌，占总染菌的18．9％。压缩机粗过滤器贮罐冷却器冷却器旋风分离器丝网分离器加热器过滤器11/20/2022311．油渗入空气：改用无油润的压缩机。2．列管式冷却器穿孔。3．过滤介质松动，空气走短路。4．过滤介质被水润湿。5．过滤介质老化.

防治措施压缩机粗过滤器贮罐冷却器冷却器旋风分离器丝网分离器加热器过滤器11/20/202232设备渗漏三、设备的渗漏或“死角”造成的染菌及其防治设备渗漏主要是指发酵罐、补糖罐、冷却盘管、管道阀门等，由于化学腐蚀（发酵代谢所产生的有机酸等发生腐蚀作用）、电化学腐蚀（如氧溶解于水，使金属不断失去电子，加快腐蚀作用）、磨浊摊口金属与原料中的泥沙之间磨损、加工制作不良等原因形成微小漏孔后发生渗漏染菌。11/20/202233

生产上常把不能彻底灭菌的部位称为“死角”。实际过程中，“死角”包括了发酵设备或连接管道的某一部位和培养基或其他物料的某一部分等。

死角11/20/202234

由于存在温差（内冷却水温、外灭菌温），温度急剧变化，或发酵液的pH低、化学腐蚀严重等原因。原因分析

生产上可采取仔细清洗，检查渗漏，或降低冷却水中Cl-1的含量等措施加以防治防治措施1、盘管的渗漏染菌及防治11/20/202235受搅拌与通所的影响，易磨蚀穿孔。

管中的空气流速不一致，靠近空气进口处流速最大，离进口处距离越远流速越小。原因分析采取频繁更换空气分布管或认真洗涤等措施。防治措施2、空气分布管的“死角”染菌及防治11/20/202236原因分析3、发酵罐的渗漏染菌及防治发生局部化学腐蚀或磨蚀，产生穿孔渗漏。罐焊接处等的周围容易积集污垢。发酵罐的制作不良。发酵罐封头上的各个接口。发酵罐的修补焊接位置不当。11/20/202237图5-3不锈锅衬里破裂形成“死角”图5-4发酵罐底部培养基的沉积污垢形成

图5发酵罐支撑件加强板形成“死角”染菌

11/20/2022381、采取罐内壁涂刷防腐涂料、加强清洗并定期铲除污垢等是有效消除染菌的措施。2、采用不锈钢或复合钢可有效克服此弊端并注意清洗是可以避免染菌的。防治措施11/20/202239原因分析4、管路的安装或管路的配置不合理形成“死角”1、经常将一些管路汇集到一条总的管路上。2、管路大多采用法兰连接。但常会发生诸如垫圈大小不配套、法兰不平整、安装未对中、法兰与管子的焊接不好、受热不均匀使法兰翘曲以及密封面不平等现象，从而形成“死角”而染菌。11/20/202240采用单独的排气、排水和排污管可有效防止染菌的发生。法兰的加工、焊接和安装要符合灭菌的要求尽可能减少或取消连接法兰等措施。防治措施11/20/202241图5-5灭菌时蒸汽不易通达的“死角”及其消除方法图5-6法兰连接不当造成的“死角”染菌11/20/202242原因分析采用加工精度高、材料好的阀门可减少此类染菌的发生。

防治措施5、管件的渗漏形成染菌及防治目前生产上使用的阀门不能完全满足发酵工程的工艺要求，是造成发酵染菌的主要原因之一。11/20/202243原因分析四、生产原料灭菌不彻底导致的染菌淀粉质原料，在升温过快或混合不均匀时容易结块，使团块中心部位“夹生”，蒸汽不易进入将杂菌杀死培养基中诸如麸皮、黄豆饼一类的固形物含量较多，在投料时溅到罐壁或罐内的各种支架上，容易形成堆积，这些堆积物在灭菌过程由于传热较慢，一些杂菌也不易被杀灭。11/20/2022441、升温前先通过搅拌混合均匀，并加人一定量的淀粉酶进行液化；有大颗粒存在时应先经过筛除去，再行灭菌；2、对于麸皮、黄豆饼一类的固形物含量较多的培养基，采用罐外预先配料，再转至发酵罐内进行实罐灭菌较为有效。防治措施11/20/2022451．购进原料应干燥，仓贮原料应保持干燥。2．制各培养基时，粉碎原料先用冷水浸润，调浆罐搅拌要充分防止结块。3．粉碎原料颗粒应足够小，大颗粒会影响杀菌效果。4．假如生产原料被孢子严重污染，制成培养基后，可在30℃保温数小时，待孢子发芽后再行杀菌。具体措施11/20/202246原因分析五、操作不当造成染菌及其防治1、灭菌时由于操作不合理，未将罐内的空气完全排除，造成压力表显示“假压”。2、产生泡沫发泡