一、發酵工業中雜菌污染的原因

1、染菌的菌型分類和雜菌生存的條件

許多雜菌與我們的工業菌種有著相似的生長條件，因此能夠在工業發酵中很好的生長。我們要控制雜菌的污染，必須對雜菌的生長條件、代謝途徑十分了解。發酵過程中較易感染的雜菌主要有真菌的酵母菌、霉菌等，細菌中的長短桿菌、球菌等以及病毒噬菌體。最適生長溫度是指在此溫度下，微生物的新陳代謝達到最大的速率，一般微生物的生長最適溫度在25～35℃。了解各菌種的最適成長溫度，對分析染菌的原因有一定的參考價值。微生物在超過其最高生長溫度的環境中生長就會死亡，微生物在高溫下死亡的機理是酶遇熱后失去活性引發新陳代謝故障而引起的。我們采用致死溫度和致死時間為標準。掌握各種微生物的致死溫度和致死時間有利于滅菌操作。一般情況下，大腸桿菌、肺炎雙球菌和酵母菌在60℃左右10min即可死亡，而枯草芽孢桿菌則要100℃時17min死亡，嗜熱芽孢桿菌則需要120℃時12min才能殺死。微生物生長環境中的pH與微生物的活動有密切關系，pH的變化可能引起某種代謝產物的積累，而pH若發生突變有可能是因為感染了某種雜菌。一般情況下，細菌生長的pH范圍為4～9，最適為7或者微堿性。霉菌和酵母菌生長的pH范圍為2～7，最適為5或微酸性。了解各種不同微生物生長的pH范圍有利于找出染菌的原因并對發酵條件加以控制。

2、染菌的原因

由于工業發酵的許多環節都是半開放式的，許多情況下染菌是不可避免的問題，但是染菌的原因很多，主要有管理不善引起的人為因素、種子帶菌、設備結構不合理、工藝管線安裝不合理、設備存在泄露或死角和空氣染菌等。

（1）種子帶菌：根據長期以來的經驗，在發酵的前期，尤其是0～6h內很少染菌，而在10h或20h以后染菌數目會逐步增多甚至會突然增多。種子污染芽孢菌可能是滅菌不徹底造成的，若是污染了酵母菌或霉菌有可能是種子帶菌所致。為了弄清雜菌是否是種子帶菌所致，在接種后要將接種瓶中剩余的少量種子液繼續進行培養，以觀察判定是否為種子帶菌。如遇污染菌數少，且所污染的雜菌又對培養過程中產生菌所分泌的抗生素敏感，在這種情況下通過無菌試驗很難培養；但在種子罐或者發酵罐中則仍能繼續生長、繁殖，甚至會危害發酵，這種情況應該為種子帶菌。

（2）設備因素：發酵生產過程中設備上存在的漏洞也是染菌的一個重要因素，在設備結構中，構成發酵染菌的因素有以下幾方面：設備結構不合理，設備安裝不合理，設備本身的泄露、死角和設備管理上的漏洞。此外發酵方法設計不合理也容易染菌。設備的漏洞可能由化學腐蝕、電化學腐蝕、磨蝕以及操作不當引起設備穿孔。發酵的系統設備不合理也會染菌，例如蒸汽系統、無菌空氣系統、物料消毒系統、冷水系統等。蒸汽的溫度高低、壓力大小、蒸汽中含冷凝水量會影響蒸汽的質量，由于濕飽和蒸汽中冷凝水含量大，蒸汽溫度低、壓力波動大，可能造成滅菌溫度時間達不到雜菌的致死時間和致死溫度而造成發酵染菌。蒸汽管路過長、支路過多、循環使用或者連接未消毒設備都會造成染菌。空氣系統造成雜菌的因素主要有空氣中帶油帶水、總空氣系統的安裝不當以及沒有定期檢查。物料消毒系統引起的雜菌主要是設備的死角積累雜菌或者是沒有定期檢查。

（3）人為因素：造成染菌的人為因素是指操作者的操作方法、操作質量和操作者的工作責任心等本來能夠避免而沒有避免的染菌因素。人為因素包括進罐前未做嚴密度檢查、接種違反操作規程、檢修質量缺乏驗收制度、操作不熟練或者錯誤。人為因素造成的雜菌污染必須要引起足夠的重視，因為很多時候人為造成的染菌往往是操作人員一些明知故犯、麻痹大意或者僥幸心理所致，而一旦染菌，巨大的經濟損失就會給人們以深痛教訓。

二、發酵工業中控制雜菌的技術

在了解了大部分的染菌原因后，我們應當針對染菌原因對各方面加以改進，把染菌的風險降到最低。防止雜菌污染的第一步是要做好進罐前的消毒滅菌工作。

1、發酵工業中的滅菌技術

（1）培養基的滅菌。培養基常用的滅菌方法有干熱滅菌法、濕熱滅菌法、射線滅菌法、化學藥品滅菌法、過濾除菌法、火焰滅菌法、臭氧滅菌法等.

目前發酵工業中使用最多的是濕熱滅菌法。濕熱滅菌利用高溫飽和蒸汽具有很強的穿透能力，同時在冷凝時會放出大量冷凝熱的性質，而將物料溫度升高，使微生物體內的蛋白質凝固變性，而達到殺死各種微生物進行滅菌的方法。滅菌條件通常是121℃30min。濕熱滅菌具有蒸汽來源容易、潛熱大、穿透能力強的特點，與其他滅菌方法相比具有滅菌效果好、操作費用低的優點。干熱滅菌法是利用干燥高溫的熱空氣將微生物體內的蛋白質氧化進行滅菌。常用的干熱滅菌的條件為160℃下保溫1～2h。干熱滅菌的優點是可保持在干燥狀態，但是滅菌效果不如濕熱滅菌。

（2）空氣的過濾除菌。好氧菌在發酵過程中需不斷通入空氣，以提供微生物呼吸和代謝所需要的氧氣。空氣中的微生物大多是細菌和各種孢子，也存在酵母菌和病毒粒子，它們大多附著在空氣的灰塵上，空氣除菌主要是除去空氣中的微粒。空氣除菌的方法主要有輻射滅菌、化學殺菌、靜電除塵和加熱滅菌等，但對于大流量空氣的除菌目前仍然普遍采用纖維介質過濾除菌方法。目前作為空氣除菌介質的有棉花纖維、超細纖維紙、維尼龍纖維等。空氣介質過濾時，介質間的空隙要遠大于粒子的直徑。纖維介質阻留粒子機制有幾方面：阻攔截留、慣性碰撞截留和布朗擴散運動。

（3）設備和管道滅菌設備和管道在使用前也必須保證無菌狀態。

<1>種子罐、發酵罐、計量罐、補料罐等空罐的滅菌 要從各罐底部的有關通道通入蒸汽，使罐內壓力達到0.147MPa（表壓），維持45min。滅菌過程應從各罐頂部的俄有關閥門排出空氣，并使蒸汽通過，達到死角滅菌。滅菌完畢，關閉蒸汽閥后，待罐內壓力低于空氣過濾器壓力時，通入滅菌空氣保壓至0.098MPa（表壓）。

<2>空氣總過濾器和分過濾器的滅菌 從空氣過濾器上部通入蒸汽，并從上、下排氣口排氣，壓力維持在0.147MPa(表壓)，滅菌2h。滅菌完畢后通入壓縮空氣將空氣過濾器吹干，然后保壓。

<3>補料罐路、消沫劑管路和接種管路滅菌 一般要求壓力為0.3～0.45MPa，保溫時間1h。

2、雜菌的控制技術和預防染菌的措施

（1）雜菌控制：針對不同的染菌原因，我們應該采取不同的措施加以控制。若發生了染菌現象，首先要找到染菌的原因，再采取補救的措施，即使當批次的產品無法挽回，也應詳細查找其原因，加以改正為以后的生產積累經驗教訓。

對于種子帶菌的情況，為了防止種子帶菌，最重要的是在制備種子時對沙土管、冷凍管、斜面及搖瓶必須嚴格控制。特別是由液體菌絲體接種時的母瓶是易于招致染菌的環節，因此，保持搖瓶的清潔可以減少被雜菌污染的機會。對于設備泄漏的情況，由于微小的泄漏用肉眼很難發現因此必須要對設備進行定期檢查，以免造成大面積染菌。對于儀器設備的材料應該選用耐腐蝕材料、添加緩蝕劑、控制及改善腐蝕環境等措施，可以降低或防止化學腐蝕。用陰極保護法可以防止電化學腐蝕設備。

在工業發酵中，由于管理不善造成染菌問題也很嚴重。良好的發酵設備和嚴格的滅菌操作是防止染菌的先決條件。但是，單純重視技術操作而忽視技術管理，就不能取得令人滿意的防菌效果。防止發酵染菌的技術管理是企業技術管理的一個重要組成部分，它對一個發酵工廠的工作人員、廠房、衛生、調度以及設備、原材料和生產操作都有一定的要求。特別市對發酵染菌報告要據實認真填寫，以便進行討論、分析和找出原因，吸取教訓。防止再次發生。

在發酵工業中普遍存在著噬菌體危害，尤其在谷氨酸、酶制劑、抗生素、有機溶劑核干酪、酸乳等生產中。目前對于噬菌體污染所采取的措施還不能使危害降到零，但是確實能使染菌率大為降低。這些措施主要有：定期檢查噬菌體，了解其數量的變化和分布；改善環境，保持生產區清潔；用藥物防治和挽救技術；抗噬菌體菌株的選育及其合理使用。

（2）預防染菌措施：在不同的工業生產中，預防雜菌的措施也不盡相同。要在具體環境中做具體分析，運用切實可行的辦法減少雜菌的感染。上海市科學研究所承擔，上海釀造四廠協作對醬油釀造制曲中雜菌污染控制進行了研究。研究發現，在種曲通風制曲生產中添加適量的冰醋酸對常見的微球菌、鏈球菌、雙球菌和枯草芽孢桿菌有明顯的抑制作用，有效的防止酸曲、壞曲的發生，保障了制曲質量，改善了產品衛生，提高了醬油澄清度。這樣的預防染菌的思路是值得借鑒的。

（3）發展：發酵的雜菌控制技術是從實踐中產生的科學，是總結提高到理論，再回到實踐中去解決問題的一門學科。為了消滅染菌問題，必須從工業生產初期的基本設計抓起，要爭取做到“發酵設備、工業管線的零染菌率設計”，把染菌的風險控制到最低，要以預防為主，防患于未然。