合成生物发酵中试车间如何避免发酵染菌，保障生产顺利进行
在合成生物领域，从实验室的小规模实验迈向工业化大规模生产的过程中，中试环节起着至关重要的桥梁作用。然而，许多研究团队和企业在中试阶段常常遭遇发酵染菌这一棘手问题，严重影响了生产效率、产品产量与质量，增加了成本与研发周期，给合成生物产业的大规模发展带来了严峻挑战。
合成生物发酵
一、发酵染菌的主要原因
1、物料因素
原材料污染 ：原材料可能携带各类杂菌，若未经过严格筛选与处理，就会将杂菌引入发酵体系。例如，用于发酵的玉米淀粉，如果储存不当或来源不稳定，表面容易附着霉菌等杂菌，在投入发酵罐时就会成为潜在污染源
️添加物污染 ：在发酵过程中添加的营养物质、调节剂等，若其制备或保存过程不符合无菌要求，也会带入杂菌。
2、设备因素
灭菌不彻底 ：发酵罐、管道、阀门等设备的结构复杂，一些死角和缝隙容易残留杂菌，在灭菌过程中难以被完全杀灭。例如，发酵罐内的一些焊接部位、密封垫圈处等，可能因材质或安装问题，无法承受高温高压灭菌，导致杂菌残留。
密封性能差 ：设备的密封性对防止染菌至关重要。如果发酵罐的罐体、管道连接处、搅拌轴封等部位的密封不良，外界空气中的杂菌就会乘虚而入。比如，一些使用较久的发酵设备，其密封圈可能因老化、磨损等原因出现微小缝隙，使外界杂菌有机会进入发酵体系。
发酵车间消毒
3、环境因素
空气质量不佳 ：中试车间的空气如果未经过有效过滤净化，含有大量尘埃粒子和微生物孢子，这些都会随着空气流动进入发酵罐，引发染菌。特别是在一些通风系统设计不合理或维护不善的车间，空气中的杂菌浓度更高。
温湿度适宜杂菌生长 ：适宜的温度和湿度是保证发酵顺利进行的关键，但同时也是许多杂菌生长繁殖的理想条件。如果车间环境温湿度控制不当，过于潮湿温暖，就会促进杂菌的滋生和繁殖，增加染菌风险。
4、操作因素
人员操作不规范 ：操作人员在进行接种、补料、采样等操作时，如果不严格按照无菌操作规程进行，如未对手部、工具进行充分消毒，或操作动作过大导致空气剧烈波动等，都可能将杂菌带入发酵体系。
流程管理不善 ：中试生产过程中，如果各环节之间的衔接不紧密，存在时间过长的间隔，就会增加发酵体系与外界环境接触的机会，从而提高染菌的可能性。
5、菌种自身因素
菌种抗性弱 ：某些合成生物菌种对环境变化和杂菌竞争较为敏感，自身没有较强的抑菌能力，在面对外界杂菌入侵时，难以抵抗，容易导致发酵过程被杂菌干扰。
菌种退化或变异 ：在中试规模的发酵过程中，由于培养条件的改变、传代次数过多等原因，菌种可能会发生退化或变异，失去原有的优良性能，包括对杂菌的抵抗力，进而使发酵体系更容易受到杂菌污染。
发酵染菌去除方案
二、避免发酵染菌的策略
1、严格物料管理
原材料筛选与预处理 ：选择质量可靠、稳定的原材料供应商，对原材料进行严格检验检疫，确保其微生物含量在合格范围内。对于一些易携带杂菌的原材料，如农产品原料等，可采用适当的预处理方法，如清洗、浸泡、烘干等，以减少表面杂菌。例如，在使用大豆作为发酵原料前，可通过碱液浸泡等方式去除表面的霉菌等杂菌
添加物无菌处理 ：对于发酵过程中添加的各类物质，如培养基成分、诱导剂、抗生素等，应根据其性质选择合适的灭菌方法，如高压蒸汽灭菌、过滤除菌等，确保添加物的无菌性。
2、优化设备设计与维护
合理设计设备结构 ：在中试设备的设计阶段，应充分考虑设备的可清洗性、可灭菌性和密封性，避免存在难以清洁和消毒的死角和缝隙。例如，采用光滑的罐体内壁、合理的管道布局和连接方式、易于拆卸和安装的部件等设计，便于彻底清洗和灭菌
加强设备维护保养 ：定期对设备进行全面检查、维修和保养，及时更换老化的密封件、损坏的部件等，确保设备的正常运行和良好的密封性能。同时，在每次使用前和使用后，都应对设备进行严格的清洗和消毒，如采用化学消毒剂浸泡、蒸汽灭菌等方式，以消除设备表面和内部可能残留的杂菌。
新型VHP灭菌技术
3、控制环境条件
空气净化与过滤 ：安装高效的空气过滤系统，对进入中试车间和发酵罐的空气进行多级过滤，包括初效过滤、中效过滤和高效过滤，有效去除空气中的尘埃粒子和微生物孢子，确保空气质量符合发酵要求
环境温湿度调节 ：根据发酵菌种的生长需求，将车间环境温湿度控制在适宜范围内，避免过于潮湿温暖的环境滋生杂菌。一般可采用空调系统、除湿机、加湿器等设备进行温湿度调节，并实时监测和记录环境温湿度数据，以便及时调整。
4、规范操作流程
人员培训与管理 ：加强对中试操作人员的专业培训，使其熟练掌握无菌操作技术和发酵工艺流程，提高操作人员的微生物安全意识和责任感。同时，制定严格的操作规程和管理制度，要求操作人员严格遵守，并定期进行考核和评估，确保操作的规范性和一致性。
优化工艺流程 ：合理安排发酵各环节的操作顺序和时间，尽量减少不必要的操作步骤和中间间隔时间，避免发酵体系长时间暴露在外界环境中。例如，采用自动化控制系统，实现接种、补料、采样等操作的精准控制和快速完成，降低染菌风险。
5、菌种改良与优化
提高菌种抗性 ：通过基因工程、代谢工程等手段，对合成生物菌种进行改造，增强其对杂菌的抵抗能力。例如，向菌种中导入能够产生抗菌物质的基因，如 bacteriocin、抗生素等，使菌种在发酵过程中能够分泌这些抗菌物质，抑制杂菌的生长繁殖。
定期复壮与筛选 ：在中试生产过程中，定期对菌种进行复壮和筛选，及时淘汰退化或变异的菌株，保持菌种的优良性能和稳定性。同时，建立完善的菌种保藏体系，确保菌种在保藏过程中不发生退化或污染。
三、润联提供发酵车间非高温高压灭菌方案
润联生命科学关注发酵生产数十年，熟悉发酵污染的综合解决方案，具备丰富的一线操作实践经验，能够彻底解决发酵生产中污染噬菌体、芽孢和杂菌的问题。润联生命科学新型的常温发酵灭菌手段，是基于一种进口的抑制液，确保发酵过程的无菌状态，有助于防止微生物污染，保证发酵产品的安全和可靠性。
新型常温灭菌技术的应用
️1、过氧化氢干雾灭菌：通过智能雾化设备将过氧化氢雾化成纳米级颗粒，均匀扩散至发酵罐内部，实现无死角消毒。该技术对设备无腐蚀性，杀灭效果显著，灭菌后无需长时间等待即可投入使用。
发酵抑菌液
️2、发酵抑菌液：结合进口的发酵抑菌液，可最大限度降低杂菌量，减少环境菌的增长，同时避免对发酵液过滤膜的损害。
️3、自动化灭菌系统：润联的欧菲姆智能微生物污染去除设备系统，能够实现发酵罐的自动化、智能化灭菌，支持远程控制和动态实时监控。
（三）新型常温灭菌技术的验证与规范
润联的灭菌方案符合GMP规范，提供完善的效力验证文件和报告。这为发酵企业提供了可靠的保障，确保生产过程符合行业标准
传统的高温高压灭菌方法在发酵生产中存在诸多不足，而新型常温灭菌技术凭借其高效、环保、低成本等优势，逐渐成为发酵行业的首选。润联生命科学的新型常温灭菌技术，通过智能雾化设备和进口抑菌液，实现了发酵罐的无死角消毒，有效解决了传统灭菌方法中的问题。选择润联的新型常温灭菌技术，不仅能有效解决发酵罐的污染问题，还能显著降低生产成本，提高生产效率，助力发酵企业的可持续发展。
发酵车间无菌保障
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发酵染菌问题是合成生物发酵中试阶段的一大难题，但通过以上多方面的策略和措施，可以有效降低染菌风险，提高发酵成功率和产品质量，为合成生物产业的规模化发展提供有力保障。在实际生产中，需要根据具体的发酵工艺和菌种特点，综合考虑各种因素，制定个性化的染菌防控方案，并不断优化和完善，以适应不断变化的生产需求和挑战。
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