发酵染菌的前兆及处理方法

2020-01-14徐焕文河北三农农用化工有限公司河北省生物农药工程技术研究中心河北石家庄051430

化工管理 2020年3期

徐焕文（河北三农农用化工有限公司. 河北省生物农药工程技术研究中心，河北石家庄051430）

随着生物技术的发展，生物发酵的应用范围越来越广，从早期的发酵生产酒精到近百年前生产丙丁溶剂，再到现代的青霉素、洁霉素以及阿维菌素等等。产品不仅有基础化工产品，还有人药、兽药和农药等。在发酵生产的过程中程度不同的都存在染菌现象，同样也存在怎么发现染菌的前兆，怎么把染菌后的损失降到最低等问题，本文结合某公司丙丁溶剂的生产进行说明。

1 染菌的原因以及对无菌概念的新认识

1.1 染菌的原因介绍

染菌的原因有培养基的消毒、无菌空气的质量、种子罐和发酵罐的阀门汽封情况、物料系统泄漏、冷却系统泄漏、操作失误等很多因素；染菌的种类也由于不同的装置、不同的地区和不同的环境，有杆菌、球菌和其他杂菌[1］。往往一套装置总是习惯性的染某一种菌，这和人员操作、设备情况、使用原料、环境情况等都有直接关系。

1.2 对无菌概念的新认识

笔者认为对无菌的概念应该有一个新的认识，无菌是相对的，绝对的无菌是做不到的。主菌种生长旺盛时，杂菌处于劣势位置显现不出来；一旦主菌种有问题，杂菌很快就会成长起来占据优势地位。一个发酵周期就是主菌种与杂菌的博弈过程；生产过程的控制就是提供有利于主菌种生长的各种条件，采取抑制杂菌生长的各种措施。

2 装置的正常运行指标

某套连续发酵的丙丁溶剂生产装置，6个种子罐、2个育种罐、2 个一级罐、4 个后发酵罐。培养基的糖浓度在4.8%～5.5%，正常情况下培养基的打料速度控制在90～100m3/h。育种罐发酵醪液菌种活力（次甲基蓝退色时间，下同）2min～20s，前发酵期的酸度4.5～6.5，罐糖小于2%；一级罐发酵醪液菌种活力20s～2min，主发酵期的酸度6.5～4.5，罐糖小于1.5%；末级发酵罐的酸度正常情况较低在3.0～1.5［2］，残糖小于0.4%，菌种已经没有活力或活力非常小。生产正常运行时，一个检测周期为2 h。

3 染菌的前兆及处理方法

大生产中用显微镜做镜检是判断发酵染菌与否的重要手段。可是这种判断往往滞后，只有杂菌数量达到一定程度时镜检才能做比较明确的判断。笔者总结了大装置发酵生产的运行数据，认为通过观察各级罐的降糖情况、酸度升降情况、种子活力的变化情况等生产运行指标能发现染菌的前兆，再结合镜检能对发现异常现象做出及时的判断，以便采取正确的处理方法。

3.1 根据各级罐的降糖情况判断染菌的前兆及其处理方法

（1）由各级罐的降糖情况观察，正常情况下糖度应该是育种罐小于2%，一级罐小于1.5%，末级罐小于0.4%，呈阶梯形状下降。如果一级罐的罐糖连续几个检测周期都超过1.5%，导致末级罐大于0.5%甚至更高，说明菌种的耗糖能力已经下降也就是活力已经下降，这时从镜检和种子活力的检测上观察的表现也并不一定明显。首先采取的措施是减少蒸煮醪1/3 的进醪量，12 h 之后观察育种罐和一级罐的罐糖是否恢复正常？24 h之后观察前2个发酵罐的罐糖是否正常？36 h之后再观察从育种罐到发酵罐的各级罐糖是否恢复到呈阶梯形状下降？如果恢复到了正常指标，运行一定时间后就逐渐提高进醪量，恢复正常生产。

（2）采取措施12 h 后所观察的效果扔不明显，就有可能是菌种活力已减弱，杂菌抑制了丙丁菌的生长，这就是染菌的前兆。应结合显微镜的观察和种子活力的检测来进行判断，最后确定染菌情况。这时不应该再报侥幸心理，确定后应立即采取3.4的措施。

3.2 根据各级罐的酸度变化来判断染菌的前兆及其处理方法

育种罐是前发酵期，是升酸期，升到6.5是正常的。一级罐及之后是主发酵期和后发酵期，是降酸期；一级罐到末级罐的酸度应该从6.5降到3左右，甚至达到1.5以下也是正常的。

（1）如果育种罐和一级罐的酸度达到了7以上，并且后面的罐降酸现象不明显，说明育种罐或种子罐已经染菌，应马上停止进培养基采取3.4的措施。

（2）如果育种罐和一级罐的酸度正常，末级或其前一个罐的酸度超过5，说明后面几个发酵罐已经染菌的可能性非常大，这时应采取一级罐后“隔断”措施来进行补救。所谓“隔断”措施就是：将一级罐后的第一个和第二个罐进行清空、消毒之后再进料的处理方法，如果此方法没有效果说明杂菌是从前面带来的，仍要采取3.4的措施。

3.3 根据各级罐菌种活力的变化来判断染菌的前兆及其处理方法

首先，观察育种罐的菌种活力情况。育种罐从补充培养基开始到移到移种一级罐，这1 个周期一般不超过3 个次检测周期。这3个检测周期的活力应该是从弱到强，次甲基蓝退色时间从几十分钟或几分钟，再到几十秒甚至几秒。如果育种罐的一个培养周期内的几次检测活力都在几分钟以上说明菌种活力变差，应该采用多留种少补培养基的办法来调整菌种活力；如果采取措施后仍没有效果，连续一到两天菌种活力都是几分钟以上，应该是育种罐染菌的前兆。杂菌来自本育种罐或者是种子罐，确认后应该采取3.4的处理措施。

其次，观察一级罐的菌种活力情况。一级罐里发酵的这段时间是整个发酵过程中的主发酵期，也是菌种生长最旺盛、活力最强的时期。菌种活力正常都是几十秒，最长也不超过2min，如果连续几个检测周期菌种活力都大于2min，应该是一级罐染菌的前兆。杂菌来自本一级罐或者是育种罐，确认后应该采取3.4的处理措施。

第三，观察后发酵期发酵罐的菌种活力情况。五号罐后一直到末级罐菌种的活力逐渐减弱，从几十秒到几分钟，末级罐基本上检测不到活力。这段时间由于菌种活力逐渐减弱，也是极易染菌的时段。如果五号罐连续几个检测周期的活力都变长，超过了2min甚至更长，后面几个罐的酸度或罐糖也升了起来，就是后发酵期染菌的前兆。采取3.2.(2)的处理方法，没有效果后应果断采取3.4的处理措施。

3.4 确定染菌后的处理方法

如果确定是一级罐之前的发酵罐或种子罐发生了染菌现象，或者是五号罐之后出现染菌前兆采取3.2.(2)的方法处理后没有作用，就应该将本条线彻底清空，进行消毒处理。①停止进培养基，从蒸煮系统开始整个物料系统按照走料顺序依次消毒。②用无菌空气从种子罐开始往后压料，根据后发酵罐的酸度、糖度以及溶剂含量的变化情况来决定压料速度，原则上是尽快把染菌发酵液处理完。争取在酸度基本没有升高、溶剂含量没有下降的情况下将发酵液依次压入成熟醪罐尽快蒸馏，试想一条发酵线有2500m3发酵醪液，溶剂含量从初始的1.8 g/100 mL降到压完料时的1.6g/100 mL，只是损失了约2.5t的溶剂；如果没有采取措施，压完料时降到了0.5 g/100 mL，实际上损失了约16.25t 的溶剂。③从种子罐到所有的发酵罐依次全部进行消毒处理，包括罐体内部、物料管线、移种管线、汽封阀门等。④空气系统进行消毒，包括过滤器、滤芯、空气管线等。