2025第14届国际生物发酵产品与技术装备展览会(济南)
2025年3月3-5日 济南黄河国际会展中心

发酵工艺:不同时期染菌对发酵生产的影响分析

1、染菌对不同发酵过程的影响

 (1) 青霉素发酵过程:

染菌会严重影响青霉素的产量和品质,因为许多杂菌都能产生青霉素酶,将青霉素分解破坏。因此,在发酵前期、中期和后期都要严格控制染菌。

(2) 核苷或核苷酸发酵过程:

由于所用生产菌种是多种营养缺陷型微生物,其生长能力差,所需的培养基营养丰富,因此容易受到杂菌的污染。在发酵前期和中期染菌后,培养基中的营养成分迅速被消耗,严重抑制了生产菌的生长和代谢产物的生成。

(3) 柠檬酸等有机酸发酵过程:

一般在产酸后发酵液的pH值比较低,杂菌生长十分困难,在发酵中、后期不太会发生染菌,主要是要预防发酵前期染菌。

(4) 谷氨酸发酵

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。如果种子罐染菌,危害极大,因此应严格控制种子染菌的发生。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。

发酵工艺:不同时期染菌对发酵生产的影响分析插图

2、染菌发生的不同时间对发酵的影响

2.1. 种子培养期染菌

种子培养主要是生长繁殖菌体,菌体浓度低,培养基营养丰富,此时容易染菌。应严格控制种子污染,当发现种子受污染应灭菌后弃去,并对种子罐、管道进行检查和彻底灭菌。种子培养期染菌对发酵的影响主要体现在以下几个方面:

(1) 代谢受阻:

如果种子培养期染菌,会导致生产菌的生长繁殖和代谢产物生成受到严重干扰。杂菌会与生产菌争夺营养成分和氧气,导致生产菌生长受阻。

(2) 种子质量下降:

染菌会导致种子质量下降,因为杂菌的生长会消耗培养基中的营养成分,使得生产菌无法获得足够的营养,进而影响其在发酵过程中的表现。

(3) 发酵过程不稳定:

种子培养期染菌会导致发酵过程变得不稳定,因为杂菌的生长繁殖会改变发酵液的理化性质,如pH值下降、糖和氮的消耗迅速等,进而影响生产菌的代谢和产物的生成。

(4) 产物质量下降:

如果种子培养期染菌,会对产物的质量产生负面影响。例如,丝状菌发酵被污染后,有大量菌丝自溶,发酵液发黏,有的甚至发臭。发酵液过滤困难,发酵前期染菌过滤更困难,严重影响产物的提取率和产品质量。

2.2. 发酵前期染菌

发酵前期主要是菌体生长繁殖,代谢产物生成很少,此时容易染菌,污染后杂菌迅速繁殖,与生产菌争夺营养成分和氧气,严重干扰生产菌的生长繁殖和产物的生成。要特别防止发酵前期染菌。发酵前期染菌时,若营养成分消耗不多,应迅速重新灭菌,补充必要的营养成分,重新接种发酵。发酵前期染菌对发酵的影响主要体现在以下几个方面:

(1) 酶活数量:

发酵前期染菌会影响酶的数量。杂菌繁殖迅速,会消耗培养基中的营养成分,影响生产菌的繁殖,从而降低酶的数量。

(2) 酶应用效果:

发酵前期染菌会影响酶的应用效果。杂菌会产生一些代谢产物,这些产物可能与生产菌的酶发生竞争性抑制,从而影响酶的应用效果。

(3) 生产顺序:

发酵前期染菌会影响生产顺序。染菌后需要对设备进行消毒,这会影响生产进度和排罐计划。此外,如果杂菌繁殖过多,可能会对发酵液的质量产生负面影响。

发酵工艺:不同时期染菌对发酵生产的影响分析插图1

2.3. 发酵中期染菌

发酵中期染菌将严重干扰生产菌的代谢,影响产物的生成。有的杂菌繁殖后产生酸性物质,使pH值下降,糖、氮消耗迅速,菌(丝)体自溶,发酵液发黏,产生大量泡沫,代谢产物的积累迅速减少或停止,有的已生成的产物也会被利用或破坏,有的发酵液发臭。发酵中期染菌对发酵的影响主要体现在以下几个方面:

(1) 干扰代谢:

发酵中期染菌会严重干扰生产菌的代谢。杂菌大量产酸,导致培养液pH下降,这可能会破坏生产菌的细胞膜和细胞壁,影响其生长和繁殖。同时,糖和氮的消耗速度加快,导致发酵液发粘,菌丝自溶,产物分泌减少或停止。

(2) 产生毒素:

有些杂菌会产生毒素,这些毒素可能会对生产菌产生毒害,甚至会导致发酵失败。例如,大肠杆菌污染可能会导致培养液发黑、发臭,并产生大量泡沫。

(3) 破坏产物:

有时杂菌会利用已生成的产物进行繁殖,这会破坏产物的结构和功能,导致产物的质量和数量下降。

(4) 影响后期处理:

如果发酵液被杂菌严重污染,可能会对后期的处理过程产生负面影响。例如,杂菌繁殖过多会使过滤困难,影响产物的提取和精制。

2.4. 酵后期染菌

发酵后期产物积累较多,糖等营养物质即将耗尽。如果染菌量不太多,可继续进行发酵;如污染严重,破坏性较大,可以采取措施提前放罐。酵后期染菌对发酵的影响主要体现在以下几个方面:

(1) 破坏产物:

在发酵后期,发酵液中已经积累了大量的产物,特别是抗生素。这些抗生素对杂菌有一定的抑制或杀灭作用。如果在这个阶段发生染菌,可能会使已经生成的产物分解,导致产物的损失和质量下降。

(2) 发酵液质量下降:

在发酵后期,染菌会导致发酵液的质量下降。杂菌繁殖会消耗培养基中的营养成分,改变pH值,并产生一些代谢产物,这些产物可能会对生产菌的细胞膜和细胞壁产生破坏作用,影响产物的质量和产量。

(3) 增加染菌风险:

在发酵后期,染菌可能会使发酵液发臭、发黑,产生大量泡沫。这些现象可能会增加染菌的风险,使发酵过程变得更加不稳定和不可控。

3、杂菌污染的防治

在发酵过程中,杂菌污染是一个需要密切关注的问题。杂菌污染可能会导致发酵产物质量下降、产量减少,甚至可能导致发酵过程的失败。因此,预防和控制杂菌污染对于发酵工业来说具有重要意义。以下将从原料控制、灭菌处理、接种纯化、设备清洁、过程监控、防止空气污染、菌种保藏和废水处理等方面,探讨发酵杂菌污染的防治措施。

(1) 原料控制

原料控制是预防发酵杂菌污染的道防线。合格的原料是保证发酵过程顺利进行的前提,因此,必须严格筛选原料,确保其不含有杂菌。同时,原料的储存和管理也至关重要。要保证原料仓库的清洁和干燥,避免原料受潮、霉变和污染。对于不合格的原料,应及时进行处理和更换。另外,还应加强对原料供应商的管理,确保原料供应链的可靠性。

(2) 灭菌处理

灭菌处理是防止发酵杂菌污染的关键步骤。在发酵开始前,需要对培养基、发酵设备、管道等进行彻底的灭菌处理。常见的灭菌方法包括干热灭菌、湿热灭菌、射线灭菌等。选择合适的灭菌方法需要考虑发酵产品的性质、耐热性等因素。同时,选择合适的消毒剂也是灭菌处理的重要环节。消毒剂应具有广谱抗菌性,能够有效杀灭各种杂菌,同时还应考虑其残留效应。在使用消毒剂时,需要遵循使用指南,确保消毒剂的有效性和安全性。

(3) 接种纯化

接种纯化是防止发酵杂菌污染的重要环节。在接种前,需要对菌种进行纯化和筛选,确保其不含有杂菌。同时,还需要对发酵设备、管道等进行彻底的清洗和消毒,避免杂菌的残留。在接种过程中,应避免杂菌的引入,例如使用无菌接种设备和规范的操作流程。接种后,需要对发酵液进行质量检测,如发现杂菌污染,应及时采取措施进行处理。

(4) 设备清洁

设备清洁是预防发酵杂菌污染的重要措施之一。设备清洁包括对设备表面的清洗、消毒和除尘等。清洁设备可以去除设备表面的污垢、细菌等杂物,避免其成为杂菌滋生的温床。同时,选择合适的清洁剂和消毒剂也是关键。清洁剂和消毒剂应具有广谱抗菌性,能够有效杀灭各种杂菌,同时还应考虑其残留效应和使用安全性。在清洁和消毒过程中,需要注意设备的死角和缝隙等容易忽略的地方,确保设备的清洁效果。

(5) 过程监控

过程监控是预防发酵杂菌污染的重要手段。过程监控包括对发酵过程中的温度、湿度、压力、气体成分、物料流量等参数进行实时监测和记录,以及时发现杂菌污染等问题。同时,在发酵结束后,需要对发酵液进行质量检测,如发现杂菌污染等问题,应及时对原因进行分析和总结,采取措施进行改进。

(6) 防止空气污染

空气是杂菌传播的重要途径之一。为了预防空气污染,需要采取一系列措施。首先,应控制污染源,避免使用含有杂菌的原材料和设备。其次,应加强通风,保持发酵车间的清洁和干燥,避免空气中的湿度和粉尘对发酵过程产生影响。此外,还可以采用空气过滤器等方法,去除空气中的杂菌和尘埃,从而减少空气对发酵过程的污染。

(7) 菌种保藏

菌种保藏是防止杂菌污染的重要措施之一。选择合适的保藏条件和方法可以延长菌种的保质期,并防止杂菌的污染。常用的保藏方法包括甘油保藏、真空干燥保藏、液氮保藏等。在保藏过程中,需要注意温度、湿度、氧气等参数的控制,确保菌种的安全性和稳定性。同时,还应定期对菌种进行质量检测,如发现杂菌污染等问题,应及时采取措施进行处理。

(8) 废水处理

废水处理是发酵工业中防止杂菌污染的重要环节之一。废水处理应遵循严格的废水处理标准,确保排放的废水符合环境保护要求。常用的废水处理方法包括物理法、化学法和生物法等。在选择废水处理方法时,需要考虑废水的性质和成分等因素。同时,废水处理设备的选择也至关重要。设备应具有高效、稳定、耐用的特点,能够有效地去除废水中的杂菌和有害物质,确保废水处理的效果和可靠性。

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发酵工艺:不同时期染菌对发酵生产的影响分析插图2

文章转载自发酵大师网微信公众号,内容由2024上海生物发酵展组委会周彬13167144125发布!

 

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