发酵工艺：发酵过程中染菌发生的不同时间及染菌程度对发酵的影响综合分析

发布日期：2021/7/14 16:09:39 点击：841

绝大多数工业发酵，无论是单菌发酵还是混合菌种发酵，除菌种以外的微生物都被视为杂菌。所谓染菌，是指在发酵培养基中侵入了有碍生产的其他微生物。几乎所有的发酵工业都有可能遭遇杂菌或噬菌体的污染。染菌轻者影响产率、产物提取率和产品质量；严重者造成“倒罐”，浪费大量原材料，造成严重的经济损失，而且扰乱生产秩序，破坏生产计划。遇到连续染菌，特别是在找不到染菌原因，又没有防治措施时，往往会影响人们的情绪和生产积极性，造成无法估量的损失。染菌对发酵产率、提取率、产品质量和三废治理等都有很大影响。因此，防止杂菌和噬菌体污染是保证发酵正常进行的关键之一。

一

染菌对不同发酵过程的影响

在抗生素发酵中，青霉素发酵污染细短杆菌比污染粗大杆菌危害更大；链霉素发酵污染细短杆菌、假单胞杆菌和产气杆菌比污染粗大杆菌危害更大；四环素发酵最怕污染双球菌、芽孢杆菌和荚膜杆菌。柠檬酸发酵最怕污染青霉菌，肌苷、肌苷酸发酵最怕污染芽孢杆菌。谷氨酸发酵最危险的是污染噬菌体，因为噬菌体蔓延迅速，难以防治，容易造成连续污染。

二

染菌的不同时间对发酵的影响

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，比较容易染菌。种子培养期染菌，带进发酵罐中危害极大，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。

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(如果体积太大，可放出部分受污染发酵液) ，重新接种发酵。

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，由于营养成分大量消耗，一般挽救处理困难，危害性很大，所以应尽力做到早发现、快处理。处理方法应根据各种发酵的特点和具体情况来决定。如抗生素发酵，可将另一罐发酵正常的发酵液的一部分输入染菌罐中，以控制杂菌繁，同时采取降低通风、降低流加糖量等措施。柠檬酸发酵中期染菌，可根据所染杂菌的性质分别处理，如污染细菌，可加大通风量，加速产酸，降低pH值，以控制细菌生长，必要时可加入盐酸调节pH值在3.0以下，以控制杂菌；如污染酵母，可加入0.025~0.035g/L的硫酸铜，以控制酵母生长，并提高风量，加速产酸；如污染黄曲霉，可加入另一罐将近发酵成的膠液，使pH值下降，黄曲霉自溶；如污染青霉，危害很大，因为青霉在pH值很低下能够生长，如果残糖较低，可以提高风量，促使产酸和耗糖，并提前放罐。

4

发酵后期染菌

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。发酵后期染菌对不同产物的影响不同，如抗生素、柠檬酸发酵后期染菌影响不大，肌苷、肌苷酸和谷氨酸、赖氨酸等发酵后期染菌则会影响产物的产量、产物提取率和产品质量。在染菌严重时，有人主张加入不影响生产菌正常代谢的某些抗生素，呋喃西林、新洁尔灭等灭菌剂，控制杂菌生长。例如，庆大霉素发酵染菌，可加入少量庆大霉素粉；灰黄霉素发酵染菌时，可加入新霉素。但在发酵开始时加入杀菌剂以防止染菌，似无必要，也增加成本，若当发酵染菌后再加入灭菌剂又为时已晚，实际效果值得探讨。

三

染菌程度对发酵的影响

染菌程度愈大，即进入发酵罐的杂菌数量愈多，对发酵的危害愈大。当生产菌已迅速繁殖，在发酵液中占有绝对优势时，即使污染了数杂菌，如每升发酵液中有1~2个杂菌，对发酵也不会带来影响，因为这些杂菌需要一定时间繁殖才能达到危害发酵的程度，而且环境对杂菌的繁殖不利。当75m3发酵液污染1个杂菌，到大幅度(如106个/mL)污染所需要的时间见表。但是污染幅度较大时，特别是在发酵前期和中期污染，将造成严重的危害。

四

对产物提取和产品质量的影响

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。在这种情况下，可先将发酵液加热处理，再加助滤剂，或者先加絮凝剂，使蛋白质凝聚，有利于过滤。染菌的发酵液含有较多蛋白质和其他杂质。对于采用沉淀法提取产物，这些杂质随产物沉淀而影响下工序处理，从而影响产品质量。如谷氨酸发酵染菌后，在等电点出现β型结晶谷氨酸，使谷氨酸无法分离，β-型结晶谷氨酸含有大量发酵液，影响下工序精制处理，从而影响产品质量。采用溶剂萃取的提取工艺，由于蛋白质等杂质多，极易发生乳化反应，很难使水相和溶剂相分离，影响进一步提纯。采用离子交换法提取工艺，由于发酵液发黏，大量菌，体等胶体物质黏附在树脂表面或被树脂吸附，使树脂吸附能力大大降低，有的难被水洗掉，在洗脱时与产物一起被洗脱，混在产物中，影响产物的提纯。此外，发酵染菌也造成“三废”处理困难和环境的污染。

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