第七章发酵生产染菌及其防治
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生物发酵生产染菌及防治
第一节 染菌对发酵的影响
但是，不管是对于哪种发酵过程，一旦发生染菌，都 会由于培养基中的营养成分被消耗或代谢产物被分解，严 重影响到产物的生成，使发酵产品的产量大为降低。谷氨 酸发酵周期短，生产菌繁殖快，培养基不太丰富，一般较 少污染杂菌，但噬菌体污染对谷氨酸发酵的威胁非常大。
二、染菌发生的不同时间对发酵的影响
发酵生产染菌及防治
第一节 染菌对发酵的影响 第二节 发酵异常现象及原因分析 第三节 杂菌污染的途径和防治
第一节 染菌对发酵的影响
尽管染菌对发酵过程的影响是很大的，但由于生产的 产品不同、污染杂菌的种类和性质不同、染菌发生的时间 不同以及染菌的途径和程度不同，染菌造成的危害及后果 也是不相同的。
一、染菌对不同发酵过程的影响第一节 染菌对发酵的影响
4．发酵后期染菌 由于到了发酵后期，培养基中的 糖、氮等营养物质已接近耗尽，且发酵的产物也已积累 较多，如果染菌量不太大，对发酵的影响相对来说就要 小一些，可继续进行发酵。对发酵产物来说，发酵后期 染菌对不同的产物的影响也是不同的，如抗生素、柠檬 酸的发酵，染菌对产物的影响不大；肌苷酸、谷氨酸、 氨基酸等的发酵，后期染菌也会影响产物的产量、提取 和产品的质量。
第二节 发酵异常现象及原因分析
一、种子培养和发酵的异常现象
发酵过程中的种子培养和发酵的异常现象是指发酵过 程中的某些物理参数、化学参数或生物参数发生与原有规 律不同的改变，这些改变必然影响发酵水平，使生产蒙受 损失。对此，应及时查明原因，加以解决。
1．种子培养异常 种子培养异常表现在培养的种子质量不合格。种子质 量不合格会给发酵带来较大的影响，然而种子内在质量常 被忽视。由于种子培养的周期短，可供分析的数据较少， 因此种子异常的原因一般较难确定，也使得由种子质量引 起的发酵异常原因不易查清。种子培养异常的表现主要有 菌体生长缓慢、菌丝结团、茵体老化以及培养液的理化参 数变化。
发酵过程控制染菌和防治(复制的).ppt
染菌和防治
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
染菌和防治
防止方法： 缓慢开启蒸汽阀门，或加入少 量消泡剂。 灭菌时还会因设备安装或污垢堆积造成一些 “死角”。这些死角蒸汽不能有效达到，常 会窝藏耐热芽孢杆菌，所以设备安装要注意 不能造成死角，发酵设备要经常清洗，铲除 污垢。
染菌和防治
（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。
染菌和防治
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。
发酵染菌及其防治课件
发酵后期染菌 影响相对较小 。
发酵染菌及其防治课件
回
不同染菌原因对发酵的影响
种子带菌
将导致染菌范围不断扩大，使 生产蒙受重大损失。
空气带菌
使发酵大面积染菌。
培养基或设备 灭菌不彻底
一般不具延续性，使单个（批） 发酵罐发酵失败。
设备渗漏
染菌几率较大。
发酵染菌及其防治课件
回
不同染菌程度对发酵的影响
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。
设备渗漏方面原因
渗漏原因 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。
染菌特点 当设备渗漏时，往往每批染菌发生的时间逐渐提前。
发酵染菌及其防治课件
回
空气过滤系统方面原因
原因分析 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）。
发酵染菌及其防治课件
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。
发酵染菌及其防治课件
回
染菌原因分析
分析目的 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 。
发酵染菌及其防治课件
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。
第七章 发酵染菌及防治
无菌试验要严格取样操作，力求减少误差。
应同时用肉汤和双碟作对照，以便迅速作出判断。
当发现染菌时，要通过分辨菌型来探索菌源，并对杂菌
做耐热试验考察。
如果怀疑种子罐染菌，则种子不能轻率进发酵罐。
《发酵工程》
第七章 发酵染菌及防治
3、 无菌检查与染菌的处理
为了防止在种子培养或发酵过程中污染杂菌，在接种前 后、种子培养及发酵过程中分别进行无菌检查，以便及时 （1）无菌检查 发现染菌，并在染菌后及时进行必要处理是很重要的。 染菌通常通过3个途径发现：无菌试验、发酵液直接镜 检、发酵液的生化分析。其中无菌试验是判断染菌的主要 依据。
废弃的发酵液处理不当可以成为难以对付的污
染源。
《发酵工程》 2、 噬菌体污染与发酵异常
第七章 发酵染菌及防治
噬菌体污染后的情况因发酵工业的种类、 污染的噬菌体特性、污染时间、感染复度（即培
养物内的噬菌体与细菌的比率）、培养基成分、
发酵罐内的物理和化学条件不同而异。即使同样 的噬菌体并不一定引起同样的异常发酵情况。
《发酵工程》
项目 百分率%
进罐前未做设备严密度检查
接种违反操作规程
25.8
25.8
检修质量缺乏验收制度
操作不熟练
19.35
19.35
配料违反工艺规程
调度不当
6.45
3.25
《发酵工程》
（4）染菌的处理
第七章 发酵染菌及防治
发现染菌后，应立即根据染菌的种类及产生菌的菌龄等 具体情况分别进行处理。除据染菌时间及危害程度对污染 种子罐染菌后，种子不能再接入发酵罐中，这时可用备用 罐进行挽救或处理外，对有关设备也应进行处理。 种子接种。如无备用种子，则可选一适当培养龄的发酵罐培 养物作种子，即生产上所说的“倒种”。 发酵罐前期染菌后，如培养基中C、N含量尚高，则可重新 灭菌，接种后再运转；若染的杂菌危害性较大，则放掉部分 料液，补入新料液，重新灭菌、接种。 发酵中后期染菌或前期染菌轻微而发现较晚时，可加入适 当的杀菌剂或抗生素；或把高单位的后期发酵液压一部分到染 菌罐中，抑制杂菌生长速度；或者降低罐温，减缓杂菌繁殖速 度。
发酵生产染菌及防治
制作用，或受控于对它具有权威的Agent。在这类系统中
，被控Agent的行为受到约束，自主程度较低。
2）自主Agent构成的系统：Agent自主地决策，产生计
划，采取行动。Agent之间具有松散的社会性联系。
Agent通过与外界的交互，了解外部世界的变化，并从经
验中学习增强其求解问题的能力以及与相识者建立良好
9.1多Agent系统简述
第九章 多Agent系统
9.1.3特点及分类
（2.2分）类根据对动态性的适应方法分类 1）系统拓扑结构不变，即Agent数目、Agent之间的社
会关系等都不变。 ➢Agent内部结构固定，基本技能不变，通过重构求解问 题的方式来适应环境； ➢Agent通过自重组来适应环境，例如修改调整自己的知 识结构、目标、选择等。
的协作关系。在这类系统中，自主Agent之间的协作关系
是互惠互利的关系，当目标发生冲突时，通过协商来解
决。
3）灵活Agent（即半自主的Agent）构成的系统：
Agent进行决策时，某些问题在一定程度上需要受控于其
他Agent，大部分情况下要求Agent完全自主地工作。在
这类系统中，Agent之间通常是松散耦合，具有一定的组 织结构，通过承诺和组织约9 o束f 3相1 互联of 31
9.1多Agent系统简述
第九章 多Agent系统
计（方11法.特）和点由计于算A机ge语nt可言以开9.1是发.3不特而点同成及的，分个因类人而或可组能织是采完用全不异同质的和设分 布的MA；S用于解决实际问题，其特性因为应用的不同领
（域2而）有在所M不AS同中，，主每要个有A以ge下nt是一自些治特的点，：各自按照自己的 方式异步地运行自己的进程，解决给定的子问题，自主地 推理和规划并选择适当的策略，并以特定的方式影响环境 ；
第七章发酵染菌与防治
染菌的初步识别与处理
观察发酵现象
定期检查发酵液的外观、气味等，一 旦发现异常，应立即进行染菌检测。
立即停止进料
疑似染菌的情况下，应立即停止向发 酵罐中加பைடு நூலகம்新的培养基，防止染菌扩 散。
采取样品
及时采取发酵液样品，进行染菌检测 和菌种鉴定，以便采取针对性的防治 措施。
设备清洗与消毒
对于确认染菌的发酵罐和相关设备， 应立即进行清洗和消毒，确保彻底清 除染菌源。
影响等。
原因分析
对染菌事件进行原因分析，包括发 酵工艺、设备状况、操作管理等方 面的问题，确定染菌的主要途径和 原因。
防治措施
提出相应的防治措施，包括改进发 酵工艺、加强设备维护、完善操作 管理等，以防止类似染菌事件的再 次发生。
案例二：大型发酵罐群染菌原因分析与解决
染菌情况介绍
介绍大型发酵罐群染菌的具体情况，包括染菌罐的数量、分布、 染菌程度等。
接种控制
使用健康且活性良好的菌种进行接种，确保菌种的纯度和活力，降低染菌风险。对接种过 程进行严格监控，避免外源微生物的侵入。
染菌后的应对措施
立即停产检查
一旦发现染菌迹象，应立即停止发酵生产，对设备和环境进行全面 的检查，找出染菌的原因和源头。
染菌源头的消除
对染菌源头进行彻底的清洗和消毒，确保消除微生物污染源。同时 ，对周围环境也进行消毒处理，防止再次污染。
智能监控系统在防治染菌中的应用
实时监测
引入物联网、大数据等技术，构建智能 监控系统，实时监测发酵过程中的各项 参数，及时发现潜在的染菌风险。
VS
预警与决策支持
通过数据挖掘和模式识别，建立染菌预警 模型，为生产人员提供决策支持，实现提 前干预和精准防控。
发酵生产染菌及其防治
B．隔膜阀 阀体内装有橡皮隔膜，用螺 钉与阀芯连接，当阀杆作上下运 动时就带动隔膜上升或下降。 隔膜阀的制造要求不高，关 键在于膜的性能，如采用橡皮隔 膜阀，在一般情况下，对橡胶隔 膜的要求是耐压4公斤／厘米2以 上，耐温160C以上，在压紧和 放松时不变形。
隔膜阀有以下优点： 1)、严密不漏。 2)、无填料。 3)、阀结构为流线型，流量大，阻力小，无死角， 无堆积物，在关闭时不会使紧密面轧坏。 4)、检修方便。但须定期检查隔膜有否老化及脱
落。
（2）管路的连接
管子的连接有螺纹连接、法兰连接和焊接三种。
A. 螺纹连接。
需在管端铰出螺纹，安装时在螺纹上涂以白漆并加麻 丝(或聚四氟乙烯薄膜)作填料，密封要求高的可用石墨粉 加少许机油作填料，用氧化铅甘油胶合剂更好。 螺纹连接简单，但装拆麻烦，为便于装拆，要在管路 上安装活接头(“由宁”)，接头平面用石棉橡胶板或橡皮 等作垫圈。由于受冷热和震动影响，活接头的接口易松动， 使密封面不能严密而造成渗漏。在接种时，因液体快速流 动造成局部真空，在渗漏处将外界空气吸入，菌就被带入 发酵罐。 所以，重要的管路连接大多采用法兰连接。
培养基和设备没消透的原因有多方面，如蒸汽压 力或灭菌时间不够，培养基配料未混合均匀，存在结 块现象，设备未清洗干净，特别是罐冲洗不到的犄角 处，有结痂而未铲除干净。
（四）、设备原因
设备方面特别是老设备也常会遇到各种问题，如夹 层或盘管、轴封和管道的渗漏，空气除菌效果差，管道
安装不合理，存在死角等是造成染菌的重要原因。
2从染菌的时间来分析发酵早期染菌一般认为除了种子带菌外还有培养液灭菌或设备灭菌不彻底而染菌一般认为除了种子带菌外还有培养液灭菌或设备灭菌不彻底而中后期染菌则与这些原因的关系较少而与中间补料设备渗漏以及操作不合理等有关
第七章发酵染菌及防治
不彻底、操作失误和技术管理不善等。 • 但还要具体问题具体分析。可从污染的杂菌
种类、污染的时间、污染的程度等方面进行 综合分析，才能作出正确的判断，从而采取 相应的对策和措施。（p186-188）
2020/4/23
1、染菌的杂菌种类分析
• 杂菌不同染菌的原因不同：（p187）
• 杂菌
原因
• 耐热的芽孢杆菌 养基或设备灭菌不彻底、设备存在死角
响不同 • 不同发酵时期染菌对发酵的影响不同 • 染菌程度对发酵的影响不同 • 染菌对产物提取和产品质量的影响 • 发酵染菌也造成三废处理困难和对环境
的污染
2020/4/23
不同发酵时期染菌对发酵的影响不同：
• 种子培养期染菌：危害大，如发现染菌后应灭菌后 弃去。
• 发酵前期染菌：易使杂菌迅速繁殖，与生产菌争夺 营养和氧分。因此，应迅速重新灭菌。
2020/4/23
第四节 染菌的途径及预防措施（p190-198）
• （一）种子带菌的原因及防治 • （二）无菌空气带菌及防治 • （三）设备渗漏或设备、管道存在“死角
”造成的染菌及防治 • （四）培养基灭菌不彻底导致染菌及防治 • （五）操作问题
2020/4/23
（一）种子带菌的原因及防治
• 1、培养基及用具灭菌不彻底 • 2、菌种在移接过程中受污染 • 3、菌种在培养过程或保藏过程中受污染
•
发酵染菌批数
• 总染菌率=——————100％
•
总投料批数
• 发酵染菌率是指在发酵罐中发生的染菌率，包括染
菌后被挽救不了导致倒罐的批数，但种子罐培养的 染菌不接入发酵罐，不导致发酵染菌的另行计算。
2020/4/23
（二）染菌原因及分析
• 归纳发酵中染菌的主要原因有以下几方面： • 无菌空气带菌、设备渗漏、种子带菌、灭菌
种类、污染的时间、污染的程度等方面进行 综合分析，才能作出正确的判断，从而采取 相应的对策和措施。（p186-188）
2020/4/23
1、染菌的杂菌种类分析
• 杂菌不同染菌的原因不同：（p187）
• 杂菌
原因
• 耐热的芽孢杆菌 养基或设备灭菌不彻底、设备存在死角
响不同 • 不同发酵时期染菌对发酵的影响不同 • 染菌程度对发酵的影响不同 • 染菌对产物提取和产品质量的影响 • 发酵染菌也造成三废处理困难和对环境
的污染
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不同发酵时期染菌对发酵的影响不同：
• 种子培养期染菌：危害大，如发现染菌后应灭菌后 弃去。
• 发酵前期染菌：易使杂菌迅速繁殖，与生产菌争夺 营养和氧分。因此，应迅速重新灭菌。
2020/4/23
第四节 染菌的途径及预防措施（p190-198）
• （一）种子带菌的原因及防治 • （二）无菌空气带菌及防治 • （三）设备渗漏或设备、管道存在“死角
”造成的染菌及防治 • （四）培养基灭菌不彻底导致染菌及防治 • （五）操作问题
2020/4/23
（一）种子带菌的原因及防治
• 1、培养基及用具灭菌不彻底 • 2、菌种在移接过程中受污染 • 3、菌种在培养过程或保藏过程中受污染
•
发酵染菌批数
• 总染菌率=——————100％
•
总投料批数
• 发酵染菌率是指在发酵罐中发生的染菌率，包括染
菌后被挽救不了导致倒罐的批数，但种子罐培养的 染菌不接入发酵罐，不导致发酵染菌的另行计算。
2020/4/23
（二）染菌原因及分析
• 归纳发酵中染菌的主要原因有以下几方面： • 无菌空气带菌、设备渗漏、种子带菌、灭菌
发酵生产染菌及防治
一、项目背景在工业生产中，发酵生产过程大多为纯种培养过程，需要在没有杂菌污染的条件下进行。
而发酵生产的环节又比较多，因此在发酵生产中要完全杜绝染菌就有很大的困难。
一旦发生染菌，就应该尽快找出污染的原因，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。
二、项目目标及任务1、项目目标：能大致说出染菌对发酵过程的影响，染菌发生的不同时期、程度对发酵的影响。
2、项目任务（1）能根据生产中发酵异常现象进行原因分析，包括种子培养和发酵的异常现象、染菌的检查和判断、发酵染菌原因分析等。
（2）能够判断杂菌污染的途径，挽救与处理杂菌污染的措施。
三、项目的理论依据1、染菌发生的不同时间对发酵的影响（1）种子培养其染菌种子培养的目的主要是使微生物细胞生长与繁殖，增加微生物的数目，薇发酵做准备。
一般种子罐中的微生物菌体浓度较低，而其培养基的营养又十分丰富，容易发生染菌。
若将污染的种子带入发酵罐，则会造成更大的危害，因此应严格控制种子染菌的情况的发生。
一旦发现种子受到杂菌的污染，应经灭菌后弃去，并对种子罐、管道等进行仔细检查和彻底灭菌。
（2）发酵前期染菌在发酵前期，微生物菌体主要是处于生长、繁殖阶段，这段时期代谢的产物很少，相对而言这个时期也容易发生染菌。
染菌后的杂菌迅速繁殖，与生产菌争夺培养基中的营养物质，严重干扰生产菌的正常生长、繁殖及产物的生成，甚至会抑制或杀灭生成菌。
（3）发酵中期染菌发酵中期染菌将会导致培养基中的营养物质大量消耗，并严重干扰生产菌的生长和代谢，影响产物的生成。
有的杂菌在染菌后大量繁殖，产生酸性物质，使pH下降，糖、氮等的消耗加速，菌体发生自溶，致使发酵液发黏，并产生大量的泡沫，最终导致代谢产物的积累减少或停止；有的染菌后会使已生成的产物被利用或破坏。
从目前的情况来看，发酵中期染菌一般较难挽救，危害性较大，在生产过程中应尽力做到早发现、快处理。
（4）发酵后期染菌由于到了发酵后期，培养基中的糖、氮等营养物质已接近耗尽，且发酵的产物也已积累较多，如果染菌量不太大，对发酵的影响相对来说就要小一些，可继续进行发酵。
第七章发酵染菌及防治
（3）发酵后期染菌 空气，补料，设备渗漏，泡沫
五、染菌隐患的处理
染菌可造成严重后果，在正式发酵前，必须做到以下几点：
①严格按照生产工艺要求的各项指标、参数、条件进行操作； ②投产前济宁整个发酵系统的无菌测试； ③严格工人的管理，实行操作记录制度；
④加强在线监测技术手段，各种生物传感器、探头要定期校正； ⑤定期对设备进行检修。
噬菌体 ；杂菌 。
理化指标异常 如：氨基酸发酵或某些抗生素发酵中感染杂菌，
培养液pH下降很快，生物热产生多。
代谢 异常
糖、氨基氮等变化不正常，如感染噬菌体。
2.发酵异常
（1）菌体浓度异常 偏离固有规律，种子质量的影响；导致代谢
缓慢；感染噬菌体或杂菌。
（2）pH异常
培养基质量、灭菌效果、补糖等影响；是所有代 谢反应的综合反映。
常见的设备、管道“死角”
渣滓在罐底与用环式空气分布管所形成的死角
定期除垢
管道安装不当形成的死角
发酵工厂的管路要保持光滑、通畅、密封性好。以减少和 避免管道染菌的机会。
不锈钢衬里的死角
大型发酵罐，一般都采用 不锈钢衬里的方法，即在碳钢 制造的壳体内加衬一层薄的不 锈钢板(厚约1~3毫米)。 不锈钢衬里设备加工时应该 尽可能增加衬里的刚度，减少鼓 起的可能性。操作时要注意避免 罐内发生真空现象。
发酵工艺流程各环节漏洞
发 酵 染 菌 原 因
发酵染菌率
总染菌率：指一年内发酵染菌的批次与总投料批次数之
比乘以100得到的百分率。
设备染菌率：统计发酵罐或其他设备的染菌率，有利于 查找因设备缺陷而造成的染菌原因。 不同品种发酵的染菌率：统计不同品种发酵的染菌率， 有助于查找不同品种发酵染菌的原因。
发酵工程制药—发酵染菌及防治
三、不同染菌途径对发酵的影响
04 设备渗漏 染菌几率较大
03 培养基或设备灭菌不彻底 一般不具延续性，使单个（批）发 酵罐发酵失败
01 种子带菌 将导致染菌范围不断扩大，使生产 蒙受重大损失。
02 空气带菌 使发酵大面积染菌
四、不同染菌时间对发酵的影响
染菌时间：指无菌检查方法确准的污染时间，不是杂菌进入培养液的时间
（四）培养基灭菌不彻底导致染菌及防治
原料性状及灭菌技术的好坏影响灭菌质量。 1、原料性状 稀薄的培养基易灭菌彻底；而淀粉质原料特别是有颗粒时易灭菌不彻底或是升温过快或混 合不均时，易结块，使中心部位在灭菌时“夹生”，导致在发酵过程中团块散开而染菌。 防止措施： 淀粉质培养基以实罐灭菌为好，在升温时先搅拌均匀，加入一定量的a-淀粉酶进行液化， 并将原料大颗粒筛去。
放掉部分料液，补入必要营 养，重新灭菌再接种发酵
降温培养、调节ｐＨ、补加 培养基
发酵中后期染菌的处理
发
轻微染菌
酵
中
后
期
染
代谢产物已达一定水平
菌
的
处
无提取价值的发酵液
理
适当加入杀菌剂或抗生素及正 常的发酵液以抑制杂菌的生长 速度。
明确是染菌可放罐或继续培养
加热至1２0℃，保持30分钟 后排放
处理措施应具体问题具体分析、多种方法综合应用，如 案例：柠檬酸发酵中期染菌，处理措施：
✓ Ⅰ发酵初期，溶解氧基本不变 ✓ Ⅱ对数生长期，溶解氧浓度迅速下降 ✓ Ⅲ发酵中期，溶解氧有波动但变化不大 ✓ Ⅳ发酵后期，溶解氧浓度上升
ⅠⅡ Ⅲ
Ⅳ
➢ 异常的溶解氧曲线
1、当感染噬菌体时，生产菌的呼 吸作用受抑制，溶解氧浓度迅速上 升。感染噬菌体时的溶解氧的变化 比菌体浓度变化更灵敏。
发酵过程中染菌的有效控制及预防
发酵过程中染菌的有效控制及预防邢攀科摘要：针对微生物发酵过程中的染菌现象，分析了导致发酵染菌的几种主要原因，并提出了有效控制方法，以预防为主，及时观察分析，杜绝发酵染菌的隐患。
关键词：发酵染菌微生物发酵前言：杂菌感染，简称染菌，普遍存在于微生物发酵工业生产中。
特别是夏季，随着气温的不断升高．在丙酮、醇粮食发酵法工业生产中尤其突出[5]。
发酵过程是利用某种特定的微生物在一定的环境中进行新陈代谢，从而获得某种产品。
现代发酵工业要求纯种培养，不仅斜面、种子和培养基以及发酵罐、管道等须经严格灭菌除去各种杂菌，而且在需氧发酵中通入的空气也需经过除菌处理。
只有这样，才能确保生产不受杂菌污染，从而保证生产菌的旺盛生长。
染菌的结果，轻者影响产量或产品质量，重者导致倒罐，甚至停产。
工业发酵中污染杂菌造成的损失是十分惊人的，所以必须认真对待除菌。
1 发酵过程对设备的要求1.1发酵罐发酵罐在使用之前，需要进行认真检查，以消除染菌隐患，如搅拌系统转动有无异常;机械密封是否严密:罐内的螺丝是否松动;罐内的管道有无堵塞;夹层或罐内盘管是否泄漏;罐体连接阀门严密度等等。
机械密封目前在发酵罐上得到广泛应用，取代了以前搅拌轴采用的填料密封形式，但是由于安装精度不高或选用的机械密封不合适，仍然会由于轴封泄露造成染菌，因此在安装搅拌轴时要注意对中，为了便于观察罐内发酵情况，在人型发酵罐内一般设置有冲洗视镜的蒸汽管道，但是蒸汽一旦冷凝在管道中，冷凝水并不能完全保证无菌，因此冲洗视镜的蒸汽管道要去除，杜绝染菌隐患。
如果罐内雾气大看小清楚，可以采用更高亮度的视镜灯[6]。
1.2发酵罐附属设备发酵罐附属设备有空气净化系统，温度、压力流量等控制系统及相应的管道阀门。
哪一个环节出问题都会造成发酵失败[3]。
1.2.1空气净化系统传统的空气净化使用活性炭、棉花、超细玻璃纤维纸做过滤器Ul，过滤效果差，操作复杂。
目前国内的膜过滤技术比较成熟，用偏二氟乙烯((PVDF)制成的折叠微孔滤膜滤芯，过滤精度高，流量大。
第七章发酵生产染菌及其防治
• 肌苷、肌苷酸：易染菌
二、染菌发生的不同时期对发酵的影响 （1）种子培养期染菌：发现种子染菌应灭菌 后弃去，并对种子罐、管道进行检查和彻 底灭菌。
（2）发酵前期染菌：易染菌、应特别防止，
可重新灭菌，补充营养，重新接种发酵。
（3）发酵中期染菌：
• 发酵中期染菌，挽救处理困难，危害性大；
• 抗生素发酵：
种子带菌的防治方法： （1）严格控制无菌室的污染，交替使用多种方法 对无菌室灭菌。 （2）制备种子时对砂土管、斜面、三解瓶及摇瓶 均要严格管理，防止杂菌进入。 （3）对每一级种子严格进行无菌检查，确保任何 一级种子未受杂菌感染。
（4）培养基及用具灭菌要彻底，高压灭菌时要完 全排净冷空气应防止假压,达到不到所需的温度；
四、设备渗漏或“死角”造成的染菌及其防 止
设备渗漏：指发酵罐、补糖罐、冷却盘管、管道阀门 等，由于化学腐蚀、电化学腐蚀、磨蚀、加工制作 不良等形成微小漏孔后发生渗漏染菌。
“死角”：由于操作、设备结构、安装及其他人为因 素，使蒸汽不能有效到达预定的灭菌部位。如盘管、 空气分布管、发酵罐部件、管件等。
三、发酵染菌原因分析 发酵的染菌率（指一年内发酵染菌批数与总 投料批数之比） 总染菌率 ＝ 发酵染菌批数 总投料批数 ×100％
染菌率与发酵的菌种、培养基、产品性质、 发酵周期、生产环境条件设备和管理技术水 平等有关。
染菌原因分析 染菌原因分析就是总结染菌的教训，防范于未 然。 主要染菌原因：种子带菌，无菌空气带菌，设 备渗漏，灭菌不彻底，操作管理不当。
（三）染菌的时间分析
• 种子培养阶段：种子、灭菌、接种操作或设备因素；
• 发酵前期：种子、灭菌、接种操作、空气带菌等；
• 发酵后期：空气、补料、设备渗漏、泡沫顶盖、操 作问题
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不锈钢衬里 破裂造成 “死角”
发酵罐罐底脓疱状积垢
罐底的加强板
a
b
c
法兰的“死角”
a—垫圈内径过小；b—垫圈内径过大；c—法 兰不平造成的泄漏与“死角”
灭菌时蒸汽不易通达的“死角”及其消除方 法
压力表安装不合理形成“死角”
1,6—发酵罐；2—缓冲管；3,4—压力表； 5—旋塞
五、噬菌体污染及其防治
⑴ 菌体生长缓慢
⑵ 菌丝结团
⑶ 代谢不正常
⒉ 发酵异常
⑴ 菌体生长差 ⑵ pH值过高或过低
谷氨酸发酵时正常 和异常的溶氧曲线
⑶ 溶氧水平异常
⑷ 泡沫过多
⑸ 菌体浓度过高或过低
二、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。
⒈ 显微镜检查法(镜检 法)
微生物与发酵工艺
第七章 发酵生产染菌及其防治
第七章 发酵生产染菌及其防治
第一节 第二节
第三节
染菌对发酵的影响 发酵异常现象及原因 分析 杂菌污染的途径和防 治
所谓发酵染菌是指在发酵过程中，生产菌 以外的其他微生物侵入了发酵系统，从而 使发酵过程失去真正意义上的纯种培养这 一现象。
据报道，国外抗生素发酵染菌率为2％～5 ％，国内的青霉素发酵染菌率2％，链霉素、 红霉素和四环素发酵染菌率5％，谷氨酸发 酵噬菌体感染率1％～2％。
防治噬菌体染菌的方法具体归纳以下几点： ① 严禁活菌体排放，切断噬菌体的“根
源”；
② 做好环境卫生，消灭噬菌体与杂菌； ③ 严防噬菌体与杂菌进入种子罐或发酵罐
内；
④ 抑制罐内噬菌体的生长。
生产中一旦污染噬菌体，可采取下列措 施加以挽救：
⑴ 并罐法 ⑵ 轮换使用菌种或使用抗性菌株 ⑶ 放罐重消法 ⑷ 罐内灭噬菌体法
染菌对发酵生产率、提取率、得率、产品 质量和三废治理等都有很大的影响。
第一节 染菌对发酵的影响
一、染菌对不同发酵过程的影响 由于各种发酵过程所用的微生物菌种、培
养基以及发酵的条件、产物的性质不同， 染菌造成的危害程度也不同。如： 青霉素的发酵过程 核苷或核苷酸的发酵过程 柠檬酸等有机酸的发酵过程 谷氨酸的发酵过程
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)、磨蚀(如金属与原料 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。
生产上常把不能彻底灭菌的部位称为“死 角”
细菌
T4噬菌体
第二节 发酵异常现象及原因分析
一、种子培养和发酵的异常现象 发酵过程中的种子培养和发酵的异常现象
是指发酵过程中的某些物理参数、化学参 数或生物参数发生与原有规律不同的改变， 这些改变必然影响发酵水平，使生产蒙受 损失。 对此，应及时查明原因，加以解决。
⒈ 种子培养异常
⒉ 肉汤培养法
⒊ 平板划线培养或斜面 培养检查法
三、发酵染菌原因分析
造成发酵染菌的原因有很多，且常因 工厂不同而有所不同，但设备渗漏、 空气净化达不到要求、种子带菌、培 养基灭菌不彻底和技术管理不善等是 造成各厂污染杂菌的普遍原因。
㈠ 染菌的杂菌种类分析
四环素的发酵过程最怕污染双球菌、 双球菌 芽孢杆菌和夹膜杆菌；柠檬酸的发酵 最怕青霉菌的污染；谷氨酸发酵最怕 噬菌体污染
六、杂菌污染的挽救与 处理
⑴ 种子培养期染菌的 处理
⑵ 发酵前期染菌的处 理
⑶ 发酵中、后期染菌 处理
⑷ 染菌后对设备的处 理
思考题
⒈ 简述发酵异常的原因，工业生产上检查 发酵系统是否污染杂菌有哪些方法？
⒉ 简述发酵生产过程中杂菌污染的途径及 防治方法。
⒊ 简述噬菌体污染的途径和危害及防止噬 菌体感染的措施。
一、种子带菌及其防治 种子带菌的原因 生产上的一些措施： ① 严格控制无菌室的污染，根据生产工
艺的要求和特点，建立相应的无菌室，交 替使用各种灭菌手段对无菌室进行处理 ② 在制备种子时对沙土管、斜面、三角 瓶及摇瓶均严格进行管理，防止杂菌的进 入而受到污染
③ 对每一级种子的培养物均应进行严格的 无菌检查，确保任何一级种子均未受杂菌 感染后才能使用
二、染菌发生的不同时间对发酵的影响 不同的染菌时期对发酵所产生的影响也是
有区别的。
⑴ 种子培养期染菌 ⑵ 发酵前期染菌 ⑶ 发酵中期染菌 ⑷ 发酵后期染菌
三、染菌程度对发酵的影响
染菌程度愈严重，即进入发酵罐内的杂菌 数量愈多，对发酵的危害也就愈大。
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，污染极少量的杂菌， 对发酵不会带来太大的影响
④ 对菌种培养基或器具进行严格的灭菌处 理，保证在利用灭菌锅进行灭菌前，先完 全排除锅内的空气，以免造成假压，使灭 菌的温度达不到预定值，造成灭菌不彻底 而使种子染菌
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
梭状芽孢杆菌
㈡ 发酵染菌的规模分析 ① 大批量发酵罐染菌 ② 部分发酵罐染菌 ③ 个别发酵罐连续染菌 ㈢ 不同污染时间分析 ① 染菌发生在种子培养阶段，或称种子培
养基染菌 ② 在发酵过程的初始阶段发生染菌，或称
发酵前期染菌 ③ 发酵后期染菌
第三节 杂菌污染的途径和防治
空气净化系统
三、操作失误导致染菌及其防治
淀粉质原料容易结块 “夹生” 搅拌混 合或加入一定量的α-淀粉酶或罐外预先配 料混均
灭菌时压力表显示“假压” 打开排气 阀门及有关联接消泡剂
工人操作不当 教育
加强技术培训和责任心
四、设备渗漏或“死角”造成的染菌及其 防治
利用细菌或放线菌进行的发酵生产容易受 噬菌体的污染，由于噬菌体的感染力非常 强，传播蔓延迅速，且较难防治，对发酵 生产有很大威胁。
温和噬菌体（temperate phage）侵染菌体 后由于具有溶源性，相对于烈性噬菌体 （virulent phage）更加地隐蔽、危害更 大。
环境污染噬菌体是造成噬菌体感染的主要根 源。
发酵罐罐底脓疱状积垢
罐底的加强板
a
b
c
法兰的“死角”
a—垫圈内径过小；b—垫圈内径过大；c—法 兰不平造成的泄漏与“死角”
灭菌时蒸汽不易通达的“死角”及其消除方 法
压力表安装不合理形成“死角”
1,6—发酵罐；2—缓冲管；3,4—压力表； 5—旋塞
五、噬菌体污染及其防治
⑴ 菌体生长缓慢
⑵ 菌丝结团
⑶ 代谢不正常
⒉ 发酵异常
⑴ 菌体生长差 ⑵ pH值过高或过低
谷氨酸发酵时正常 和异常的溶氧曲线
⑶ 溶氧水平异常
⑷ 泡沫过多
⑸ 菌体浓度过高或过低
二、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。
⒈ 显微镜检查法(镜检 法)
微生物与发酵工艺
第七章 发酵生产染菌及其防治
第七章 发酵生产染菌及其防治
第一节 第二节
第三节
染菌对发酵的影响 发酵异常现象及原因 分析 杂菌污染的途径和防 治
所谓发酵染菌是指在发酵过程中，生产菌 以外的其他微生物侵入了发酵系统，从而 使发酵过程失去真正意义上的纯种培养这 一现象。
据报道，国外抗生素发酵染菌率为2％～5 ％，国内的青霉素发酵染菌率2％，链霉素、 红霉素和四环素发酵染菌率5％，谷氨酸发 酵噬菌体感染率1％～2％。
防治噬菌体染菌的方法具体归纳以下几点： ① 严禁活菌体排放，切断噬菌体的“根
源”；
② 做好环境卫生，消灭噬菌体与杂菌； ③ 严防噬菌体与杂菌进入种子罐或发酵罐
内；
④ 抑制罐内噬菌体的生长。
生产中一旦污染噬菌体，可采取下列措 施加以挽救：
⑴ 并罐法 ⑵ 轮换使用菌种或使用抗性菌株 ⑶ 放罐重消法 ⑷ 罐内灭噬菌体法
染菌对发酵生产率、提取率、得率、产品 质量和三废治理等都有很大的影响。
第一节 染菌对发酵的影响
一、染菌对不同发酵过程的影响 由于各种发酵过程所用的微生物菌种、培
养基以及发酵的条件、产物的性质不同， 染菌造成的危害程度也不同。如： 青霉素的发酵过程 核苷或核苷酸的发酵过程 柠檬酸等有机酸的发酵过程 谷氨酸的发酵过程
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)、磨蚀(如金属与原料 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。
生产上常把不能彻底灭菌的部位称为“死 角”
细菌
T4噬菌体
第二节 发酵异常现象及原因分析
一、种子培养和发酵的异常现象 发酵过程中的种子培养和发酵的异常现象
是指发酵过程中的某些物理参数、化学参 数或生物参数发生与原有规律不同的改变， 这些改变必然影响发酵水平，使生产蒙受 损失。 对此，应及时查明原因，加以解决。
⒈ 种子培养异常
⒉ 肉汤培养法
⒊ 平板划线培养或斜面 培养检查法
三、发酵染菌原因分析
造成发酵染菌的原因有很多，且常因 工厂不同而有所不同，但设备渗漏、 空气净化达不到要求、种子带菌、培 养基灭菌不彻底和技术管理不善等是 造成各厂污染杂菌的普遍原因。
㈠ 染菌的杂菌种类分析
四环素的发酵过程最怕污染双球菌、 双球菌 芽孢杆菌和夹膜杆菌；柠檬酸的发酵 最怕青霉菌的污染；谷氨酸发酵最怕 噬菌体污染
六、杂菌污染的挽救与 处理
⑴ 种子培养期染菌的 处理
⑵ 发酵前期染菌的处 理
⑶ 发酵中、后期染菌 处理
⑷ 染菌后对设备的处 理
思考题
⒈ 简述发酵异常的原因，工业生产上检查 发酵系统是否污染杂菌有哪些方法？
⒉ 简述发酵生产过程中杂菌污染的途径及 防治方法。
⒊ 简述噬菌体污染的途径和危害及防止噬 菌体感染的措施。
一、种子带菌及其防治 种子带菌的原因 生产上的一些措施： ① 严格控制无菌室的污染，根据生产工
艺的要求和特点，建立相应的无菌室，交 替使用各种灭菌手段对无菌室进行处理 ② 在制备种子时对沙土管、斜面、三角 瓶及摇瓶均严格进行管理，防止杂菌的进 入而受到污染
③ 对每一级种子的培养物均应进行严格的 无菌检查，确保任何一级种子均未受杂菌 感染后才能使用
二、染菌发生的不同时间对发酵的影响 不同的染菌时期对发酵所产生的影响也是
有区别的。
⑴ 种子培养期染菌 ⑵ 发酵前期染菌 ⑶ 发酵中期染菌 ⑷ 发酵后期染菌
三、染菌程度对发酵的影响
染菌程度愈严重，即进入发酵罐内的杂菌 数量愈多，对发酵的危害也就愈大。
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，污染极少量的杂菌， 对发酵不会带来太大的影响
④ 对菌种培养基或器具进行严格的灭菌处 理，保证在利用灭菌锅进行灭菌前，先完 全排除锅内的空气，以免造成假压，使灭 菌的温度达不到预定值，造成灭菌不彻底 而使种子染菌
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
梭状芽孢杆菌
㈡ 发酵染菌的规模分析 ① 大批量发酵罐染菌 ② 部分发酵罐染菌 ③ 个别发酵罐连续染菌 ㈢ 不同污染时间分析 ① 染菌发生在种子培养阶段，或称种子培
养基染菌 ② 在发酵过程的初始阶段发生染菌，或称
发酵前期染菌 ③ 发酵后期染菌
第三节 杂菌污染的途径和防治
空气净化系统
三、操作失误导致染菌及其防治
淀粉质原料容易结块 “夹生” 搅拌混 合或加入一定量的α-淀粉酶或罐外预先配 料混均
灭菌时压力表显示“假压” 打开排气 阀门及有关联接消泡剂
工人操作不当 教育
加强技术培训和责任心
四、设备渗漏或“死角”造成的染菌及其 防治
利用细菌或放线菌进行的发酵生产容易受 噬菌体的污染，由于噬菌体的感染力非常 强，传播蔓延迅速，且较难防治，对发酵 生产有很大威胁。
温和噬菌体（temperate phage）侵染菌体 后由于具有溶源性，相对于烈性噬菌体 （virulent phage）更加地隐蔽、危害更 大。
环境污染噬菌体是造成噬菌体感染的主要根 源。