一、种子培养和发酵的异常现象
发酵过程中种子培养和发酵的异常现象是指发酵过程中的某些物理参数、化学参数或生物参数发生与原有规律不同的改变，这些现象必然影响发酵水平，使生产蒙受损失。对此，应及时查明原因，加以解决。
（一）种子培养异常
关于种子培养异常的分析见第五章第三节四。
（二）发酵异常
不同种类的发酵过程所发生的发酵异常现象，形式虽然不尽相同，但均表现为菌体生长速度缓慢、菌体代谢异常或过早老化、耗糖慢、pH发生异常变化、发酵过程中泡沫异常增多、发酵液颜色异常变化、代谢产物含量异常下跌、发酵周期异常拖长、发酵液黏度异常增加等。
①菌体生长差：由于种子质量差或种子低温放置时间长导致菌体数量较少、延滞期延长、发酵液内菌体数量增长缓慢、外形不整齐。种子质量不好、菌种的发酵性能差、环境条件差、培养基质量不好、接种量太少等均会引起糖、氮的消耗少或间歇停滞，出现糖、氮代谢缓慢现象。
②pH过高或过低：发酵过程中由于培养基原料差，灭菌效果差，加糖、加油过多或过于集中，将会引起pH的异常变化。而pH变化是所有代谢反应的综合反映，在发酵的各个时期都有一定规律，pH的异常变化就意味着发酵的异常。
③溶解氧水平异常：可根据发酵过程出现的异常现象如溶解氧、pH、排气中的CO2含量以及微生物菌体酶活力等的异常变化来检查发酵是否染菌。特定的发酵过程要求一定的溶解氧水平，而且在不同的发酵阶段其溶解氧的水平也是不同的。如果发酵过程中的溶解氧水平发生了异常的变化，一般就是发酵染菌发生的表现。
在正常的发酵过程中，发酵初期菌体处于适应期，耗氧量很少，溶解氧量基本不变；当菌体进入对数生长期，耗氧量增加，溶解氧浓度很快下降，并且维持在一定的水平，在这阶段中操作条件的变化会使溶解氧有所波动，但变化不大；而到了发酵后期，菌体衰老，耗氧量减少，溶解氧浓度又再度上升。当感染杂菌后，生产菌的呼吸作用受到影响，溶解氧浓度发生异常变化。发酵过程感染杂菌后，溶解氧的变化比菌体浓度更灵敏，能更好地预见染菌的发生。
由于污染的杂菌好氧性不同，产生溶解氧异常的现象也是不同的。当杂菌是好氧性微生物时，溶解氧的变化是在较短时间内下降，直到接近于零，且在长时间内不能回升；当杂菌是非耗氧性微生物时，生长菌由于受污染而生长受到抑制，耗氧量减少，溶解氧升高。对于特定的发酵过程，工艺确定后，排出的气体中CO2含量的变化是规律的。染菌后，培养基中糖的消耗发生变化，引起排气中CO2含量的异常变化，如杂菌污染时，糖耗加快，CO2含量增加，噬菌体污染后，糖耗减慢，CO2含量减少。因此，可根据CO2含量的异常变化来判断是否染菌。
④泡沫过多：一般在发酵过程中泡沫的消长是有一定规律的。但是，由于菌体生长差、代谢速度慢、接种物嫩或种子未及时移种而过老、蛋白质类胶体物质多等都会使发酵液在不断通气、搅拌下产生大量的泡沫。除此之外，培养基灭菌时温度过高或时间过长，葡萄糖受到破坏后产生氨基糖会抑制菌体的生长，也会使泡沫大量产生，从而使发酵过程的泡沫现象发生异常。
⑤菌体浓度过高或过低：在发酵过程中菌体或菌丝浓度的变化是按其固有的规律进行的。但是如罐温长时间偏高，或停止搅拌时间较长造成溶解氧不足，或培养基灭菌不当导致营养条件较差，种子质量差，菌体或菌丝自溶等均会严重影响到培养物的生长，导致发酵液中菌体浓度偏离原有规律，出现异常现象。
二、染菌的检查和判断
发酵过程是否染菌应以无菌试验的结果为依据进行判断。在发酵过程中，如何及早发现杂菌的污染并及时采取措施加以处理，是避免染菌造成严重经济损失的重要手段。因此，生产上要求能准确、迅速地检查出杂菌的污染。目前常用于检查是否染菌的试验方法主要有显微镜检查法、肉汤培养法、平板（双碟）培养法、发酵过程的异常观察法等。
（一）显微镜检查法（镜检法）
此方法是用革兰氏染色法（Grams stain）对样品进行涂片、染色，然后在显微镜下观察微生物的形态特征，根据生产菌与杂菌的特征进行区别，判断是否染菌。如发现有与生产菌形态特征不一样的其他微生物存在，就可判断为发生了染菌。此法检查杂菌最为简单、最直接，也是最为常用的检查方法之一。必要时还可进行芽孢染色或鞭毛染色。
（二）肉汤培养法
通常用组成为0.3%牛肉膏、0.5%葡萄糖、0.5%氯化钠、0.8%蛋白胨、0.4%的酚红溶液（pH=7.2）的葡萄糖酚红肉汤作为培养基，将待检样品直接接入经完全灭菌后的肉汤培养基中，分别于37、27进行培养，随时观察微生物的生长情况，并取样进行镜检，判断是否有杂菌。肉汤培养法常用于检查培养基和无菌空气是否带菌，同时此法也可用于噬菌体的检查。
（三）平板划线培养或斜面培养检查法
将待检样品在无菌平板上划线，分别于37、27进行培养，一般24h后即可进行镜检观察，检查是否有杂菌。有时为了提高平板培养法的灵敏度，也可以将需要检查的样品先置于37条件下培养6h，使杂菌迅速增殖后再划线培养。
无菌试验时，如果肉汤连续三次发生变色反应（由红色变为黄色）或产生混浊，或平板培养连续三次发现有异常菌落的出现，即可判断为染菌。有时肉汤培养的阳性反应不够明显，而发酵样品的各项参数显示确有可能染菌，并经镜检等其他方法确认连续三次样品有相同类型的异常菌存在，也应该判断为染菌。一般来讲，无菌试验的肉汤或培养平板应保存并观察至本批（罐）放罐后12h，确诊为无菌后才能弃去。无菌试验期间应每6h观察一次无菌试验样品，以便能及早发现染菌。
三、发酵染菌的原因
发酵染菌后，一定要找出染菌的原因，以总结经验教训，积极采取必要措施，预防染菌的发生。如果对已发生的染菌不作具体分析，不了解染菌原因，未采取相应的措施，将会对生产造成严重的后果。造成发酵染菌的原因有很多，且因生产工厂不同而有所不同。但从技术上分析，染菌的途径常见的有以下几个方面：种子包括发酵罐接种前在菌种室阶段染菌，培养基灭菌不彻底，空气净化达不到要求和技术管理不善等。
不同的发酵生产，污染的杂菌种类有所不同。青霉素的发酵生产中常见的污染为细短产气杆菌和粗大杆菌，而细短产气杆菌的危害比粗大杆菌严重；链霉素发酵中常污染的杂菌有细短杆菌、假单胞杆菌、产气杆菌和粗大杆菌；四环素的发酵过程最怕污染双球菌、芽孢杆菌和荚膜杆菌；柠檬酸发酵中危害最大的是污染青霉菌；谷氨酸发酵常污染噬菌体，噬菌体蔓延迅速，难以防治，容易造成连续污染。
当培养基或发酵设备灭菌不彻底、设备存在死角时，就容易污染耐热的芽孢杆菌；球菌、无芽孢杆菌等一些不耐热的杂菌，可能污染的原因有种子带菌、空气过滤除菌不彻底、设备渗漏或操作不当等。无菌室灭菌不彻底或无菌操作不当，补加的糖液灭菌不彻底，设备渗漏等原因则有可能造成污染真菌。
如果染菌发生在发酵前期，就有可能是种子带菌、灭菌不彻底；如果是发酵后期染菌，大部分是由于空气过滤系统的过滤效果达不到要求，补料发酵时由补料液带菌或补料管路带菌造成。如果在大批量发酵过程中只有个别发酵罐染菌，多是由于设备渗漏造成，应仔细检查设备的阀门、管道是否密封不严，发酵罐是否清洁。
四、杂菌污染的防治
（一）种子带菌的防治
种子带菌造成的污染是发酵前期染菌的重要原因之一，严重影响着发酵的成败，因而应高度重视对种子染菌的检查和染菌的防治。种子带菌主要是由于保藏的斜面试管菌种染菌，扩大种子用培养基和培养器具灭菌不彻底，种子接种过程无菌操作不严格等原因造成。生产上可以采用相应措施进行防治。
①严格无菌室的无菌要求：无菌室的建立应满足生产的要求，并经常对无菌室进行检查，除常用紫外线杀菌外，如发现无菌室已经污染了较多的细菌，可采用石炭酸或土霉素等进行灭菌；如发现无菌室有较多的霉菌，则可采用制霉菌素等进行灭菌；如发现噬菌体，可以采用甲醛、双氧水和高锰酸钾等灭菌剂进行处理。
②严格菌种管理：用斜面试管、沙土管保藏的菌种，要严格保管，并定期检查，防止杂菌进入而受到污染。长期保存的菌种应采用真空冷冻干燥法或液氮超低温保藏法进行保藏。
③对逐级扩大用的培养基进行严格的无菌检查，确保任何一级种子均未被污染才能投入使用。方法是将未接种的培养基置于培养箱中进行培养，若无微生物生长，说明培养基是无菌的。
（二）空气带菌的防治
在好氧发酵中，通入的无菌空气带菌是造成发酵染菌的主要原因之一。要杜绝无菌空气带菌，就必须严格空气净化工艺，合理选择过滤介质并对过滤介质严格灭菌。
加强生产环境的卫生管理，减少生产环境中空气的含菌量，提高采风口的位置，在空气进入空气过滤器之前进行粗过滤处理，提高进口空气的洁净度。
设计合理的空气预处理工艺，尽可能减少生产环境中空气带油、水量，提高进入过滤器的空气温度，降低空气的相对湿度，保持过滤介质的干燥状态，防止空气冷却器漏水，防止冷却水进入空气系统等。
设计和安装合理的空气过滤器，防止过滤器失效。选用除菌效率高的过滤介质，在过滤器灭菌时要防止过滤介质被破坏而造成短路，避免过滤介质烤焦或着火，防止过滤介质的装填不均而使空气走短路，保证一定的介质充填密度。当突然停止进空气时，要防止发酵液倒流入空气过滤器，在操作过程中要防止空气压力的剧变和流速的急增。
（三）操作不当导致染菌的防治
在培养基灭菌中，淀粉质含量较高的培养基在灭菌过程中容易结块，中心部分造成“夹生”而使灭菌不彻底，发酵时造成染菌。操作时应注意将原料充分混匀打散，并加入一定量的淀粉酶进行液化。
在灭菌操作中，没有将灭菌容器内的空气排除干净，使灭菌温度的仪表显示值与实际值不符，造成灭菌效果达不到要求，在发酵时造成染菌。因此一定要注意在灭菌操作中，要将灭菌容器内的空气排除干净。
培养基在灭菌过程中很容易产生泡沫，发泡严重时泡沫可上升至罐顶甚至逃溢，以致泡沫顶罐，杂菌很容易藏在泡沫中，由于泡沫的薄膜及泡沫内的空气传热差，使泡沫内的温度低于灭菌温度，一旦灭菌操作完毕并进行冷却时，这些泡沫就会破裂，杂菌就会释放到培养基中，造成染菌。因此，要严防泡沫升顶，尽可能添加消泡剂防止泡沫的大量产生。
在连续灭菌过程中，培养基灭菌的温度及灭菌时间必须符合灭菌的要求，保证全部培养基灭菌彻底。
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