熒光法殘氧儀SFR超高產(chǎn)®燒瓶中谷氨酸梭菌培養(yǎng)物的在線監(jiān)測(cè)

在這項(xiàng)研究中，我們分析了，如果稍微半透明的聚丙烯搖瓶可用于光學(xué)測(cè)量，特別是使用SFR變量進(jìn)行光學(xué)生物量監(jiān)測(cè)。作為一個(gè)突出的例子，我們使用湯姆森的超產(chǎn)量®燒瓶進(jìn)行谷氨酸梭菌培養(yǎng)，同時(shí)監(jiān)測(cè)2，我們的，pH和生物質(zhì)在線。

超產(chǎn)量®燒瓶具有特殊的 6 擋板設(shè)計(jì)，有望實(shí)現(xiàn)更高的曝氣率。這使得這些一次性搖瓶對(duì)大腸桿菌和其他微生物培養(yǎng)物感興趣。與PreSens傳感器燒瓶SFS（康寧）相比，超產(chǎn)量®燒瓶?jī)H略微半透明。在這里，我們使用帶有SFR可變傳感器模塊的2.5 L超產(chǎn)量®燒瓶，用于整個(gè)谷氨酸梭菌批量培養(yǎng)的在線測(cè)量。我們?cè)跓康撞考闪搜鯕夂蚿H傳感器，由SFR變量讀取。然后，PreSens Flask Studio軟件根據(jù)氧氣測(cè)量值自動(dòng)計(jì)算OUR。因此，kL確定了超產(chǎn)量®燒瓶的a，這表明它與PreSens傳感器燒瓶SFS的范圍相似。對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行光學(xué)監(jiān)測(cè) – 光通過(guò)燒瓶底部照射，被培養(yǎng)液中的細(xì)胞散射，然后用SFR變量檢測(cè)背散射光。

材料與方法

谷氨酸梭菌在復(fù)合培養(yǎng)基中生長(zhǎng)在2.5 L超產(chǎn)量®燒瓶中，在20°C和30rpm（振蕩直徑300mm）下填充體積為25%。用合適的康寧蓋封閉燒瓶。將一個(gè)氧氣和一個(gè)pH傳感器點(diǎn)（SP-PSt3，SP-HP5）集成在燒瓶底部，并在振蕩培養(yǎng)箱內(nèi)使用SFR變量在25小時(shí)內(nèi)監(jiān)測(cè)氧氣，OUR，pH和生物量（見(jiàn)圖1）。離線外吸樣品600測(cè)量是在相同條件下生長(zhǎng)的平行栽培。

圖 1：2.5 L 超產(chǎn)量®培養(yǎng)瓶（美國(guó)湯姆森），帶有康寧搖瓶蓋，并在搖動(dòng)培養(yǎng)箱內(nèi)的 SFR 變體上集成了 pH 和氧傳感器斑點(diǎn)。

結(jié)果

圖2顯示了谷氨酸梭菌培養(yǎng)物的在線記錄數(shù)據(jù)和離線測(cè)定的OD600值。大約1.5小時(shí)后，氧氣消耗量增加。在接下來(lái)的10小時(shí)內(nèi)，DO和OUR圖顯示了幾個(gè)峰值，這些峰值表明由于在復(fù)雜培養(yǎng)基中消耗不同的碳源（例如葡萄糖，乙酸鹽）而導(dǎo)致的幾次代謝變化。在高代謝活性期間，pH值下降0.24，而培養(yǎng)物繼續(xù)呈酸性，此時(shí)代謝產(chǎn)物開(kāi)始在培養(yǎng)液中積聚。在培養(yǎng)的第二階段，7小時(shí)后從碳水化合物切換到肽和氨基酸作為碳源會(huì)導(dǎo)致培養(yǎng)基的強(qiáng)堿化，這可以通過(guò)HP5傳感器點(diǎn)很好的解決。在開(kāi)始時(shí)的短暫滯后階段之后，生物量曲線清楚地顯示出從第4小時(shí)開(kāi)始的指數(shù)增長(zhǎng)，與攝氧率的升高相對(duì)應(yīng)。9小時(shí)后，指數(shù)增長(zhǎng)停止，生物量最小減少，直到種植終止。氧氣消耗也持續(xù)了5個(gè)小時(shí)，表明在死亡階段開(kāi)始之前，會(huì)發(fā)生進(jìn)一步的代謝活動(dòng)，可能代謝一些細(xì)胞。離線OD600數(shù)據(jù)與在線生物量數(shù)據(jù)吻合良好。在線和離線測(cè)量數(shù)據(jù)之間的輕微偏差可能源于離線數(shù)據(jù)是從平行栽培中獲取的。在所選條件下，氧氣永遠(yuǎn)不會(huì)受到限制，溶解氧水平不會(huì)低于40%。SFR變量數(shù)據(jù)表明，盡管仍有一些代謝活動(dòng)，但10小時(shí)后不再生長(zhǎng)，然后可以終止培養(yǎng)。

圖2：在2.5 L超產(chǎn)量®燒瓶中的復(fù)合培養(yǎng)基中培養(yǎng)的谷氨酸梭菌;使用SFR變量在線監(jiān)測(cè)生物量（綠線），DO（藍(lán)線）和pH（紅線），使用PreSens Flask Studio軟件根據(jù)在線氧氣讀數(shù)計(jì)算OUR（淺藍(lán)線）。在線生物質(zhì)信號(hào)中的噪聲也用中位數(shù)30（黑線）平滑。離線測(cè)量的平行栽培OD 600值（橙色點(diǎn)）與在線測(cè)量的生物量數(shù)據(jù)一致。

結(jié)論

我們的測(cè)試表明，SFR變量可以在半透明的聚丙烯搖瓶中收集確鑿的在線測(cè)量數(shù)據(jù)。在這個(gè)例子中，我們能夠在配備光學(xué)傳感器光斑的超高產(chǎn)量®燒瓶中詳細(xì)跟蹤生物質(zhì)發(fā)育和代謝活動(dòng)。與SFR變量同時(shí)收集的幾個(gè)參數(shù)的在線數(shù)據(jù)被證明可以對(duì)代謝過(guò)程提供有價(jià)值的見(jiàn)解，并通過(guò)從DO和pH數(shù)據(jù)中間接挖掘信息來(lái)精確估計(jì)生長(zhǎng)階段和養(yǎng)分可用性。