发酵过程防杂菌污染策略

保兴赛斯

微生物发酵在医药、食品、农业、化学等多个行业都有应用，发酵产品多种多样。在实践生产中，由于工艺设计不合理、设备缺陷、人员失误等原因，往往会造成发酵污染。杂菌的生长会消耗培养基中的营养物质，而且其代谢产物还可能会干扰生产菌的生长及代谢，甚至分解产物，造成严重产率下降，对后续分离、提取和精制等工序也有影响。
不同菌种、不同时间染菌，对最后的发酵产率会产生不同程度的影响。如酵母的最适生长温度在20~30℃，适宜pH范围较低，这个条件下一般细菌较难繁殖，而酵母的繁殖速度快，杂菌对酵母菌发酵的影响就较小，因此酵母发酵对环境无菌程度的要求不如氨基酸、抗生素发酵那么严格。发酵染菌原因多种多样，如空气带菌、设备或管道有死角、培养基灭菌不彻底、种子带菌等。
发酵防污染策略
一、培养基灭菌
1、灭菌前，需搅拌混匀培养基。有些培养基如淀粉、玉米粉，混合不均匀，易结成团块，灭菌时团块内部达不到灭菌温度，导致培养基灭菌不彻底。
2、灭菌前，罐内空气需要排尽。若罐内空气未排尽，即使压强升至0.1MPa，但因不是纯蒸汽，温度没有达到121℃，灭菌效果差。
二、空气净化除菌
空气中存在细菌、真菌和病毒，它们一旦随空气进入培养液，在适宜条件下会大量繁殖，干扰甚至破坏预定发酵的正常进行，造成发酵彻底失败等严重事故。并且一旦空气系统出现问题，那造成的污染范围通常很广，影响非常大。
1、“无菌空气”是指通过除菌处理使空气中含菌量降低到零或极低，从而使污染的可能性降至极小。不同环境中微生物含量不同，选择良好的取风口能减少微生物含量。
取风位置选择上风口，空气质量相对较好。
提高采风口的高度，高空比地平面的空气含菌量少
扩大采风口与排气口的距离，增大理论静态空间，减少空气循环的次数。
2、在空气进入空气压缩机之前，可先进行粗过滤，捕集较大的灰尘颗粒，防止压缩机受损，同时减轻总过滤器的负荷。粗过滤器的过滤效果要高，阻力要小，否则会增加空气压缩机的吸入负荷和降低空气压缩机的排气量。常用的粗过滤器有：布袋过滤、填料式过滤、油浴洗涤和水雾除尘等。
3、将空气输送到需要的地方，首先要使用空气压缩机或鼓风机提高空气的能量即增加空气的压力。空气经压缩后，温度会升高，经冷却后会产生冷凝水，同时空气在压缩过程中还可能夹带机器润滑油雾，因此空气经压缩后还需要进行一系列的冷却与除水除油措施。当然，不同的发酵生产对空气压力、温度和湿度等要求不同，所用除菌设备和流程的选择也相应不同。
4、最后，通入发酵罐内的空气需要经过空气精过滤器，过滤微生物。常见的微生物粒子大小在0.5~2um，保兴赛斯可提供多级过滤，过滤器精滤芯精度为0.01um，能有效过滤微生物。过滤器本身必须经严格灭菌后才能发挥作用，注意灭菌后需将滤芯彻底吹干，否则可能造成微生物过滤失效。保兴赛斯过滤器可单独自动灭菌，自动空气吹干，单独保压，减少灭菌次数，延长使用寿命。
三、检测发酵过程
1、发酵染菌时，溶氧、排气CO2、pH值、发酵液颜色等会发生异常变化，密切监测发酵数据，可对发酵是否染菌作出大致判断。
2、液体生物发酵中，不管是通气还是厌氧发酵均有不同程度的泡沫产生。如控制不好，会降低装料系数，严重时泡沫从排气口溢出，不仅引起原料流失，还增加染菌机会。保兴赛斯设备最上层配有消泡桨叶，能一定程度地打碎泡沫，但若泡沫过多，消泡桨的作用有限，还需要合理地使用消泡剂消泡。
四、设备、管道的清洗与灭菌
1、生产原料、产品、冷却介质及微生物与设备、管道接触，有些会沉积于罐壁，若不及时清洗，会形成难以除去的各种污垢。甚至生产原料或产品中的腐蚀性物质会对设备和管道产生腐蚀作用，形成“锈垢”。严重的污垢沉积会使生产设备的生产效率降低，且水垢、锈垢、生物垢的传热性能远低于金属，会造成能源浪费。
此外，设备和管道外表面如意外附有富含营养物质的培养基，不及时清除，杂菌会在此迅速生长繁殖，增大接种、补料过程的风险。因此，有必要对设备和管道进行定期、及时地清洗，维持设备正常运行，既减少生产中的染菌概率，也减少能耗。
2、在对设备和管道进行设计时，需考虑管道排污是否顺畅，设备及管道灭菌有无死角等问题。保兴赛斯发酵罐设计的排污、排废水平管道出口端坡度不小于1%，管道不积液。
为减少死角，尽可能采用焊接并把焊缝打磨光滑。且设备管路阀门等内表面要有较高的光洁度，发酵罐内表面更是要光滑、无沙眼、无裂纹。保兴赛斯发酵罐内表面镜面抛光处理，罐内精度≤0.4um。保兴赛斯发酵罐所有与物料接触的阀门均为卫生级隔膜阀，利于清洗、维护和灭菌。
参考资料：
[1]朱明军.生物工程设备[M].北京：中国轻工业出版社,2021.12
[2]陈单军. 如何做好发酵防污染工作 [J]. 发酵科技通讯, 2005, (04): 11-13+40.

公众号：保兴赛斯
保兴赛斯（www.bxsszy.com)是专业的生物工程一站式解决方案的供应商，保兴赛斯以工艺和技术为支撑点，提供工艺装备一体化服务。公司自创立以来，专注于生物行业发展，为客户提供专业化、个性化、定制化的解决方案。

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yjd597

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杨捷

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