發酵過程異常現象與染菌分析（一）
發酵染菌輕則導致目標產物濃度降低以及下游分離純化難度增加，進而影響產品收率和質量；重則導致發酵徹底失敗，造成培養基原料和人力浪費，甚至引發連鎖性的經濟負擔。
種子培養異常
種子液是發酵的“起點”， 種子液的質量決定了后續發酵罐的生產性能。由于種子培養階段周期較短，可直接檢測的數據較為有限，導致異常原因難以直接溯源，通常需依賴培養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量不合格的最常見表現之一，通常源于種子活力不足、雜菌輕度污染或營養失衡，導致菌體在培養初期無法快速進入對數生長期。具體而言，在搖瓶或種子罐培養中，正常種子應在接種后4-8h內開始明顯生長，菌濃（OD值或干重）呈指數上升，但質量不合格時，生長曲線平緩滯后，甚至在12-24h內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、形態不均，接入發酵罐后導致整體菌齡不匹配、產物合成啟動慢，最終影響發酵產品質量。
菌絲結團
菌絲結團多見于絲狀真菌或放線菌，表現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效率，通常因種子老化、pH調控不當或微量元素缺乏（如鐵、鋅）所致。在培養過程中，正常菌絲應松散均勻分布，但不合格種子會出現早期結團，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
代謝不正常體現為代謝路徑偏差，導致產酸、產氣或產物生成異常，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）、揮發性代謝物異味（氨味或酒精味提示氮代謝紊亂）。
發酵過程中的異常
菌體生長差
種子質量問題或者種子的保藏時間較長，導致活菌少或孢子萌發率低，延遲期長，發酵液內的菌體數量少。此外，種子質量差、發酵條件差、培養基質量差均可引起糖、氮消耗慢甚至停滯。
pH異常
pH異常表現為突然升高或突然降低，主要與培養基原料差、滅菌不徹底、加糖和加油過于集中有關。pH 是發酵過程中菌體生長、代謝，培養基成分發生改變的綜合反映，在不同的發酵階段，都有一定的規律。
溶氧異常
對于特定的發酵過程要求一定的溶氧水平，而且在不同的發酵階段溶氧水平是不同的。在發酵過程中，如果溶氧水平發生了明顯的變化，一般就是染菌的表現。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下降，直至為零，且在較長時間內不能回升；當受到非好氧菌污染時，生產菌的生長受抑制，溶解氧的消耗減少，溶解氧升高。
泡沫異常
一般在發酵過程中，泡沫的消長是有一定的規律的。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、蛋白質膠體物質多等都會使發酵液在攪拌的情況下產生大量的泡沫。
染菌的檢查
判斷是否發生染菌，必須以無菌試驗的客觀結果作為科學依據，而不能僅憑工藝參數異常或外觀變化而主觀推斷。及早識別雜菌污染是避免發酵失敗及重大經濟損失的關鍵。目前，生產實踐中常用的無菌試驗方法主要包括：鏡檢法、肉湯培養法、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。根據生產菌種的已知形態特征與潛在雜菌的差異進行鑒別。若觀察到與生產菌形態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構）。鏡檢法即時性強、對設備要求低，適用于過程監控中的快速初篩。
肉湯培養法
肉湯培養法的核心原理是構建一個營養豐富、帶有pH指示劑的培養基作為雜菌生長的“生物傳感器”用于檢查培養基和空氣是否帶菌。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，代謝產生酸性物質（如乳酸、乙酸等），導致pH值下降。當pH降至6.8以下時，肉湯變為黃色；同時培養基逐漸變渾濁或出現絮狀沉淀等。通過同步監測培養基的顏色轉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基表面，在適合的培養條件（28℃和37℃）下培養后會形成菌落。通過觀察這些菌落的形態、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菌形態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，因為所有菌落均生長在表面，便于觀察和進一步分離純化。
