發酵工藝解決發酵罐的芽孢污染的方案

文章作者-奧克泰士趙工

一．什么是發酵罐

發酵罐是指用來進行微生物培養和發酵的裝置，其主體一般是采用不銹鋼材料制成的圓筒結構，其容積在一立方米至數百立方米。發酵罐廣泛應用于制藥、乳制品、飲料、保健食品、生物工程、精細化工等行業，被用來培養微生物，令微生物高效生長和分泌目標產物等，是一個非常重要和關鍵的工業設備。

二．微生物的排他性

自然環境中微生物種類眾多，且基本上都具有某種性質的生物排他性，即在某種菌大量繁殖的地方，其他微生物的數量和種類都會受到一定程度的抑制。發酵罐是用來培養類型的微生物（目標微生物），為了目標微生物的生長不受其他微生物影響，所以發酵罐在接種前需要進行滅菌。

三．發酵罐蒸汽滅菌

蒸汽滅菌是一種常見的發酵罐滅菌方法，它利用高溫高壓的蒸汽對發酵罐內壁和內部物料進行滅菌處理，這個過程可以有效殺滅各種細菌、真菌、病毒等微生物。

（1）蒸汽滅菌優點：

滅菌效果好、速度快、操作簡單。理論上，它可以有效殺滅各種細菌、病毒和真菌，包括難以滅活的芽孢菌。同時，由于蒸汽可以充分地滲透或熱傳導到物品內部，因此可以對各種形狀和大小的物品進行滅菌處理，包括液體、固體和氣體等。

（2）蒸汽滅菌缺點：

蒸汽滅菌要求發酵罐材質和內部物料能耐受蒸汽，有一定操作彈性、內部附件盡量減少（避免死角）、物料與能量傳遞性能強，并可進行一定調節以便于清洗、減少污染，所以一旦上述方面出現問題就會在一定程度上影響最終的滅菌效果。另外，即使是發酵罐是采用蒸汽高溫殺菌，但在實際生產中也偶爾出現滅菌失敗的情況——尤其是常出現耐熱芽孢導致的滅菌失敗。

四．發酵罐蒸汽滅菌失敗的常見原因

不合理的裝載、滅菌物的預處理不當、未充分排除冷空氣等因素會影響蒸汽滅菌的完成程度，會在一定程度上削弱蒸汽飽和程度、蒸汽的穿透能力、蒸汽的熱傳導效力等參數，使其達不到理想的效力，尤其當這些因素與極度耐熱微生物同時出現時，就會在極大幾率上會出現滅菌失敗的情況。

芽孢桿菌，尤其是超級耐熱芽孢對溫度有著較高的抗性。芽孢在形成時會合成一些特殊的酶，這些酶比繁殖體中的酶具有更強的耐熱性。芽孢核心和皮質層中含有大量吡啶二羧酸（簡稱DPA）,占芽孢干重的5%-15%，是芽孢的成分，在細菌繁殖體和其他生物細胞中都沒有。DPA能以一種目前尚不明確的方式，使芽孢的酶類具有高的穩定性。芽孢形成過程中會很快合成DPA，同時也獲得耐熱性。

所以，即使在理想情況下，蒸汽對芽孢的殺滅也有一定局限，更何況實際蒸汽滅菌操很難達到理想的理論程度，所以在現實中發酵罐經蒸汽滅菌后仍然會出現微生物污染的情況，其中最頻繁的情況是耐熱芽孢污染。

五．解決發酵罐的芽孢污染的方法

殺滅芽孢有效的方式之一采用殺孢子劑（Sporicide）處理。殺孢子劑是個舶來詞，是英文Sporicide的翻譯，意思是能夠殺滅“spore"的藥劑，由于spore同時代表芽孢和孢子，孢子也是一種常見的高抗性微生物種類，所以Sporicide被譯為殺孢子劑，但其合理的解釋應該是殺芽孢劑。

從名稱上就可以看出，殺孢子劑能夠有效殺滅芽孢。所以在發酵罐進行蒸汽滅菌前，可以使用殺孢子劑對發酵罐進行預處理消毒，消除可能存在的芽孢污染，這將有效保障蒸汽滅菌的成功率。另外，使用殺孢子劑可有效解決無法耐受高溫蒸汽的環節中的芽孢污染。

奧克泰士Oxytech來自德國，作為一款殺孢子劑和滅菌劑，能夠有效殺滅包括耐熱芽孢在內的所有類型微生物。奧克泰士Oxytech采用特殊的復合工藝制造，具備多重機理殺菌作用，所以其優勢之一就是可以在較低的藥劑濃度下實現對芽孢的殺滅，這樣就同時具備了良好的材料相容性，將腐蝕性控制在了極低的水平之內。其作用完畢后分解為水和氧氣，生態安全，不會對后續的發酵工作產生影響，保護操作人員的職業健康。

六．多種方式綜合保障滅菌效果

對于發酵罐滅菌，一方面要優化設計和科學合理操作，盡量減少死角，保障蒸汽能力傳導覆蓋全部的表面和物料，使實際操作效果接近理論滅菌。另外，要選擇合適的方式來解決耐熱芽孢等高抗性污染，彌補蒸汽滅菌在現實操作中可能存在的不足和盲區，最終實現對發酵罐的成功滅菌。

撰稿人：奧克泰士技術工程師-趙工

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