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

在這項研究中，我們分析了，如果稍微半透明的聚丙烯搖瓶可用于光學(xué)測量，特別是使用SFR變量進(jìn)行光學(xué)生物量監(jiān)測。作為一個突出的例子，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)，同時監(jiān)測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，有望實現(xiàn)更高的曝氣率。這使得這些一次性搖瓶對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®燒瓶僅略微半透明。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，用于整個谷氨酸梭菌批量培養(yǎng)的在線測量。我們在燒瓶底部集成了氧氣和pH傳感器，由SFR變量讀取。然后，PreSens Flask Studio軟件根據(jù)氧氣測量值自動計算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。對生物質(zhì)進(jìn)行光學(xué)監(jiān)測 – 光通過燒瓶底部照射，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。將一個氧氣和一個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小時內(nèi)監(jiān)測氧氣，OUR，pH和生物量（見圖1）。離線外吸樣品600測量是在相同條件下生長的平行栽培。

圖 1：2.5 L 超產(chǎn)量®培養(yǎng)瓶（美國湯姆森），帶有康寧搖瓶蓋，并在搖動培養(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)和離線測定的OD600值。大約1.5小時后，氧氣消耗量增加。在接下來的10小時內(nèi)，DO和OUR圖顯示了幾個峰值，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，此時代謝產(chǎn)物開始在培養(yǎng)液中積聚。在培養(yǎng)的第二階段，7小時后從碳水化合物切換到肽和氨基酸作為碳源會導(dǎo)致培養(yǎng)基的強(qiáng)堿化，這可以通過HP5傳感器點(diǎn)很好的解決。在開始時的短暫滯后階段之后，生物量曲線清楚地顯示出從第4小時開始的指數(shù)增長，與攝氧率的升高相對應(yīng)。9小時后，指數(shù)增長停止，生物量最小減少，直到種植終止。氧氣消耗也持續(xù)了5個小時，表明在死亡階段開始之前，會發(fā)生進(jìn)一步的代謝活動，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)不會受到限制，溶解氧水平不會低于40%。SFR變量數(shù)據(jù)表明，盡管仍有一些代謝活動，但10小時后不再生長，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)計算OUR（淺藍(lán)線）。在線生物質(zhì)信號中的噪聲也用中位數(shù)30（黑線）平滑。離線測量的平行栽培OD 600值（橙色點(diǎn)）與在線測量的生物量數(shù)據(jù)一致。

結(jié)論

我們的測試表明，SFR變量可以在半透明的聚丙烯搖瓶中收集確鑿的在線測量數(shù)據(jù)。在這個例子中，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。與SFR變量同時收集的幾個參數(shù)的在線數(shù)據(jù)被證明可以對代謝過程提供有價值的見解，并通過從DO和pH數(shù)據(jù)中間接挖掘信息來精確估計生長階段和養(yǎng)分可用性。