發(fā)酵過程異常現(xiàn)象與染菌分析（一）
發(fā)酵染菌輕則導致目標產(chǎn)物濃度降低以及下游分離純化難度增加，進而影響產(chǎn)品收率和質(zhì)量；重則導致發(fā)酵徹底失敗，造成培養(yǎng)基原料和人力浪費，甚至引發(fā)連鎖性的經(jīng)濟負擔。
種子培養(yǎng)異常
種子液是發(fā)酵的“起點”， 種子液的質(zhì)量決定了后續(xù)發(fā)酵罐的生產(chǎn)性能。由于種子培養(yǎng)階段周期較短，可直接檢測的數(shù)據(jù)較為有限，導致異常原因難以直接溯源，通常需依賴培養(yǎng)液的理化變化趨勢進行判斷與異常分析。
菌體生長菌體生長緩慢是種子質(zhì)量不合格的最常見表現(xiàn)之一，通常源于種子活力不足、雜菌輕度污染或營養(yǎng)失衡，導致菌體在培養(yǎng)初期無法快速進入對數(shù)生長期。具體而言，在搖瓶或種子罐培養(yǎng)中，正常種子應在接種后4-8h內(nèi)開始明顯生長，菌濃（OD值或干重）呈指數(shù)上升，但質(zhì)量不合格時，生長曲線平緩滯后，甚至在12-24h內(nèi)OD值增幅極小，伴隨溶氧維持高位而非快速下降，糖耗率低，pH變化遲緩，鏡檢下菌體稀疏、形態(tài)不均，接入發(fā)酵罐后導致整體菌齡不匹配、產(chǎn)物合成啟動慢，最終影響發(fā)酵產(chǎn)品質(zhì)量。
菌絲結(jié)團
菌絲結(jié)團多見于絲狀真菌或放線菌，表現(xiàn)為菌絲異常聚合形成肉眼可見的團塊或顆粒，影響均勻分散和氧傳質(zhì)效率，通常因種子老化、pH調(diào)控不當或微量元素缺乏（如鐵、鋅）所致。在培養(yǎng)過程中，正常菌絲應松散均勻分布，但不合格種子會出現(xiàn)早期結(jié)團，搖瓶振蕩時可見懸浮顆粒，顯微鏡下菌絲纏繞成球、分支減少，伴隨培養(yǎng)液粘度異常升高、溶氧傳輸受阻、糖利用不均。代謝異常
代謝不正常體現(xiàn)為代謝路徑偏差，導致產(chǎn)酸、產(chǎn)氣或產(chǎn)物生成異常，難以通過生長曲線直接觀察，但可從理化指標間接判斷。具體包括pH變化異常、糖耗與菌生不匹配（糖耗高但菌濃低，提示雜菌競爭或無效代謝）、揮發(fā)性代謝物異味（氨味或酒精味提示氮代謝紊亂）。
發(fā)酵過程中的異常
菌體生長差
種子質(zhì)量問題或者種子的保藏時間較長，導致活菌少或孢子萌發(fā)率低，延遲期長，發(fā)酵液內(nèi)的菌體數(shù)量少。此外，種子質(zhì)量差、發(fā)酵條件差、培養(yǎng)基質(zhì)量差均可引起糖、氮消耗慢甚至停滯。
pH異常
pH異常表現(xiàn)為突然升高或突然降低，主要與培養(yǎng)基原料差、滅菌不徹底、加糖和加油過于集中有關。pH 是發(fā)酵過程中菌體生長、代謝，培養(yǎng)基成分發(fā)生改變的綜合反映，在不同的發(fā)酵階段，都有一定的規(guī)律。
溶氧異常
對于特定的發(fā)酵過程要求一定的溶氧水平，而且在不同的發(fā)酵階段溶氧水平是不同的。在發(fā)酵過程中，如果溶氧水平發(fā)生了明顯的變化，一般就是染菌的表現(xiàn)。污染菌按照對氧的需求可分為兩類，即好氧菌和非好氧菌。當受到好氧菌污染時，溶解氧的變化是在短時間內(nèi)下降，直至為零，且在較長時間內(nèi)不能回升；當受到非好氧菌污染時，生產(chǎn)菌的生長受抑制，溶解氧的消耗減少，溶解氧升高。
泡沫異常
一般在發(fā)酵過程中，泡沫的消長是有一定的規(guī)律的。但是，菌體生長差、代謝速度慢、接種物幼嫩或種子未及時移接而過老、蛋白質(zhì)膠體物質(zhì)多等都會使發(fā)酵液在攪拌的情況下產(chǎn)生大量的泡沫。
染菌的檢查
判斷是否發(fā)生染菌，必須以無菌試驗的客觀結(jié)果作為科學依據(jù)，而不能僅憑工藝參數(shù)異?；蛲庥^變化而主觀推斷。及早識別雜菌污染是避免發(fā)酵失敗及重大經(jīng)濟損失的關鍵。目前，生產(chǎn)實踐中常用的無菌試驗方法主要包括：鏡檢法、肉湯培養(yǎng)法、平板劃線法。
鏡檢法
鏡檢法是檢測雜菌污染的最簡便、直接且最常用的方法。法通過革蘭氏染色對發(fā)酵液或種子液樣品進行涂片制備、固定、染色（初染、媒染、脫色、復染），隨后在普通的光學顯微鏡下觀察微生物的形態(tài)學特征，包括細胞形狀、大小、排列方式以及革蘭氏陽性或陰性。根據(jù)生產(chǎn)菌種的已知形態(tài)特征與潛在雜菌的差異進行鑒別。若觀察到與生產(chǎn)菌形態(tài)明顯不一致的其它微生物，即可判定為染菌。為進一步提高鑒別準確性，必要時可輔助進行特異性染色，如芽孢染色（用于檢測耐熱芽孢桿菌）或鞭毛染色（用于觀察運動性污染菌的鞭毛結(jié)構(gòu)）。鏡檢法即時性強、對設備要求低，適用于過程監(jiān)控中的快速初篩。
肉湯培養(yǎng)法
肉湯培養(yǎng)法的核心原理是構(gòu)建一個營養(yǎng)豐富、帶有pH指示劑的培養(yǎng)基作為雜菌生長的“生物傳感器”用于檢查培養(yǎng)基和空氣是否帶菌。具體過程是：將待檢樣品接入以葡萄糖為主要碳源、酚紅為指示劑的肉湯培養(yǎng)基中。若樣品中含有雜菌，其在適宜溫度（28℃和37℃）下會迅速利用葡萄糖，代謝產(chǎn)生酸性物質(zhì)（如乳酸、乙酸等），導致pH值下降。當pH降至6.8以下時，肉湯變?yōu)辄S色；同時培養(yǎng)基逐漸變渾濁或出現(xiàn)絮狀沉淀等。通過同步監(jiān)測培養(yǎng)基的顏色轉(zhuǎn)變與濁度變化這兩項直觀的生物學信號，即可對樣品中是否存在污染菌做出高靈敏度的判定。
平板劃線法
平板劃線法的原理是將樣品劃線接種于培養(yǎng)基表面，在適合的培養(yǎng)條件（28℃和37℃）下培養(yǎng)后會形成菌落。通過觀察這些菌落的形態(tài)、顏色、大小、邊緣等特征，即可直接判斷樣品中是否存在與生產(chǎn)菌形態(tài)特征不同的雜菌菌落。也可以進一步純化、染色鏡檢或生化鑒定，從而確認雜菌的種類并做溯源分析。該方法特別適用于好氧菌計數(shù)，因為所有菌落均生長在表面，便于觀察和進一步分離純化。
