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第三章工业发酵的染菌及其防治染菌对发酵的影响1发酵染菌的分析2杂菌污染的途径和防止3发酵染菌及其防止染菌对发酵的影响一染菌对发酵产品提取的影响二染菌对三废治理的影响三第一节染菌对发酵的影响1、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？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？4、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？染菌对不同发酵品种的影响1污染不同微生物2不同染菌时间3不同染菌途径4一、染菌对发酵的影响污染不同菌量51、染菌对不同发酵品种的影响放线菌由于生长的最适pH为7左右，因此染细菌为多，而霉菌生长pH为5左右，因此染酵母菌为多。青霉素发酵染菌，绝大多数杂菌都能直接产生青霉素酶，而另一些杂菌则可被青霉素诱导而产生青霉素酶。不论在发酵前期、中期或后期，染有能产生青霉素酶的杂菌，都能使青霉素迅速破坏。不同菌不同产品链霉素、四环素、红霉素、卡那霉素等虽不象青霉素发酵染菌那样一无所得，但也会造成不同程度的危害。如杂菌大量消耗营养，干扰生产菌的正常代谢；改变pH，降低产量。灰黄霉素、制霉菌素、克念菌素等抗生素抑制霉菌，对细菌几乎没有抑制和杀灭作用。不同产品疫苗生产危害很大。现在疫苗多采用深层培养，这是一类不加提纯而直接使用的产品，在其深层培养过程中，一旦污染杂菌，不论死菌、活菌或内外毒素，都应全部废弃。因此，发酵罐容积越大，污染杂菌后的损失也越大。2、污染不同种类和性质的微生物的影响（1）污染噬菌体噬菌体的感染力很强，传播蔓延迅速，也较难防治，故危害极大。污染噬菌体后，可使发酵产量大幅度下降，严重的造成断种，被迫停产。（2）污染其它杂菌有些杂菌会使生产菌自溶产生大量泡沫，即使添加消泡剂也无法控制逃液，影响发酵过程的通气搅拌。有的杂菌会使发酵液发臭、发酸，致使pH下降，使不耐酸的产品破坏。特别是染芽孢杆菌，由于芽孢耐热，不易杀死，往往一次染菌后会反复染菌。污染其他杂菌的异常现象：1）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。2）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。回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。其它异常现象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。3、不同污染时间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（1）种子培养期染菌由于接种量较小，生产菌生长一开始不占优势，而且培养液中几乎没有抗生素（产物）或只有很少抗生素（产物）。因而它防御杂菌能力低，容易污染杂菌。如在此阶段染菌，应将培养液全部废弃。（2）发酵前期染菌发酵前期最易染菌，且危害最大。原因发酵前期菌量不很多，与杂菌没有竞争优势；且还未合成产物（抗生素）或产生很少，抵御杂菌能力弱。在这个时期要特别警惕以制止染菌的发生。染菌措施可以用降低培养温度，调整补料量，用酸碱调pH值，缩短培养周期等措施予以补救。如果前期染菌，且培养基养料消耗不多，可以重新灭菌，补加一些营养，重新接种再用。（3）发酵中期染菌发酵中期染菌会严重干扰产生菌的代谢。杂菌大量产酸，培养液pH下降；糖、氮消耗快，发酵液发粘，菌丝自溶，产物分泌减少或停止，有时甚至会使已产生的产物分解。有时也会使发酵液发臭，产生大量泡沫。措施降温培养，减少补料，密切注意代谢变化情况。如果发酵单位到达一定水平可以提前放罐，或者抗生素生产中可以将高单位的发酵液输送一部分到染菌罐，抑制杂菌。（4）发酵后期染菌发酵后期发酵液内已积累大量的产物，特别是抗生素，对杂菌有一定的抑制或杀灭能力。因此如果染菌不多，对生产影响不大。如果染菌严重，又破坏性较大，可以提前放罐。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。4、不同染菌途径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。5、污染不同菌量对发酵的影响二、发酵染菌对产品提取的影响1、发酵染菌对过滤和提取的影响染菌发酵液中含有比正常发酵液更多的水溶性蛋白和其它杂质。采用有机溶剂萃取的提炼工艺，则极易发生乳化，很难使水相和溶剂相分离，影响进一步提纯。采用直接用离子交换树脂的提取工艺，如链霉素、庆大霉素，染菌后大量杂菌黏附在离子交换树脂表面，或被离子交换树脂吸附，大大降低离子交换树脂的交换容量，而且有的杂菌很难用水冲洗干净，洗脱时与产物一起进入洗脱液，影响进一步提纯。生产酶制剂时，杂菌产生的蛋白酶会水解产品酶，使产率降低。二、发酵染菌对提炼的影响•2、发酵染菌对产品质量的影响（如内毒素）：杂菌种类繁多，其代谢产物亦多，且多属未知，难于监测。•3、发酵染菌对产品外观的影响（如土霉素）：由于感染杂菌，正常的代谢产物受到杂菌产物的影响，使得外观质量达不到质量标准要求。三、染菌对三废治理的影响•正常的发酵废液中混杂有大量的糖类、少量的微生素、蛋白酶和其他代谢产物及无机盐等。废液中的废菌体本身又是高蛋白物质，是良好的禽畜饲料添加剂，如可回收利用，即可治理环境，化害为利，也可创造经济价值。•但是被杂菌污染的发酵废液中会含有内毒素，禽畜食后，容易发生病变，因此不能用作饲料添加剂。而染菌后的废液中的BOD含量增高，因此会增加三废治理的费用和时间。第二节发酵染菌的分析•一、染菌的检查检查方法•二、发酵染菌原因分析回染菌的检查和判断•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（一）杂菌的检查方法•1、显微镜检查法（形态观察）•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。无菌试验注意事项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。回（一）无菌试验方法（二）检查的工序和时间见表3—1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、发酵染菌原因分析二、发酵染菌原因分析（一）发酵染菌率计算基准总染菌率指一年发酵染菌的批（次）数与总投料批（次）数之比的百分率。染菌批次数应包括染菌后培养基经重新灭菌，又再次染菌的批次数在内。这是习惯的计算方法，也是我国的统一计算方法。总染菌率%=二、发酵染菌原因分析造成染菌的因素很多，但总结几十年的经验，对绝大部分罐批染菌的原因是比较清楚的，但在实际生产中发酵染菌率仍比较高，可以说产生这种现象大多数是由于工作中“明知故犯”“不负责任”和“侥幸心理”所造成的。例如，灭菌的蒸汽压不足不能灭菌；设备有渗漏不能进罐等等都是众所周知的，但因为有侥幸心理还是照样灭菌，进罐，结果以污染杂菌而告终。现将我们收集到的国内外几家抗生素工厂发酵染菌原因列于下：日本工业技术院发酵研究所多年来抗生素发酵染菌原因分析项目百分率%种子带菌或怀疑种子带菌9.64接种时罐压跌零0.19培养基灭菌不透0.79总空气系统有菌19.96泡沫冒顶0.48夹套穿孔12.36盘管穿孔5.89接种管穿孔0.39阀门渗漏1.45搅拌轴密封渗漏2.09罐盖漏1.54其它设备渗漏10.13操作原因10.15原因不明24.94上海第三制药厂染菌原因分析项目百分率%种子带菌14.15盘管穿孔14.20阀门渗漏23.30空气系统有菌10.0管理不善25.80其它7.49原因不明5.78第四制药厂链霉素发酵染菌原因分析项目百分率%外界带入杂菌（取样、补料）8.20设备穿孔7.60空气系统有菌26.00停电罐压跌零1.60接种11.00蒸汽压力不足或蒸汽量不足0.60管理问题7.80操作违反规程1.60种子带菌0.60原因不明35.00造成染菌的主要原因总结•一、设备渗漏•二、空气染菌•三、种子染菌•四、灭菌不彻底•五、技术管理不善造成染菌的主要原因总结1、设备渗漏设备渗漏包括夹套穿孔、盘管穿孔、接种管穿孔、阀门渗漏、搅拌轴渗漏、罐盖漏和其它设备漏等。从日本工业技术院发酵研究所对染菌原因分析发现，这类染菌占33.85％，上海三厂的分析这类染菌为37.5％。所以说加强设备本身及附属零部件的严密度检查，对防御染菌是极其主要的，也是重要的。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。染菌特点设备渗漏方面原因回2、空气带菌从日本工业技术院和上海第四制药厂分析空气带菌而造成的染菌分别为19.96％和26%。国内外空气除菌技术虽已有较大改善，但仍然没有使染菌率降低到理想的程度。因为空气除菌系统较为复杂，环节多，偶遇不慎便会导致空气除菌失败。3、种子带菌种子带菌又分为种子本身带菌和种子培养过程中染菌。加强种子管理，严格无菌操作，种子本身带菌是可以克服的。种子培养过程染菌与发酵一样有许多因素造成。4、灭菌不彻底灭菌技术的好坏与灭菌质量很有关系蒸汽通入培养基，升温快慢、保温时间——产生过多泡沫蒸汽总压是否达到要求标准环境中的杂菌数量因季节而有很大差别。如上海第四制药厂在卡那霉素生产中，于炎热的夏季将连续灭菌预热至800C的培养基采样培养，可发现无法计数的大量的芽孢杆菌；而在冬季取样的培养中，则仅发现2～3个芽孢杆菌。故染菌率因季节不同而发生明显变化。原材料储存和保管，如液胨、玉米浆、母液糖等有机原料——杂菌的数量发酵罐、培养基配制罐等设备的清洗质量——有无灭菌的死角对减少或避免染菌仍然是十分必要的。5、技术管理不善技术管理就是要对发酵每个环节严格控制，发酵中稍有不慎就可能染菌，所以不能有侥幸心理而放松管理因管理不善而染菌的有31个罐批，占25.08％。经分析有下表所列原因：项目百分率%进罐前未做设备严密度检查25.