presens殘氧儀超高產量®燒瓶中穀氨酸梭菌培養物的在線監測

在這項研究中，我們(men) 分析了微透明的聚丙烯搖瓶是否可用於(yu) 光學測量，尤其是使用 SFR vario 進行光學生物量監測。作為(wei) 一個(ge) 突出的例子，我們(men) 使用 Thomson 的 Ultra Yield® 燒瓶進行穀氨酸梭菌培養(yang) ，同時監測 O2、OUR、pH 值和生物量在線。

Ultra Yield® 燒瓶具有特殊的 6 擋板設計，有望實現更高的通氣率。這使得這些一次性搖瓶對大腸杆菌和其他微生物培養(yang) 物很感興(xing) 趣。與(yu) PreSens 傳(chuan) 感器瓶 SFS （Corning） 相比，Ultra Yield® 瓶僅(jin) 具有輕微的半透明性。在這裏，我們(men) 使用帶有 SFR vario 傳(chuan) 感器模塊的 2.5 L 超產(chan) 量®燒瓶進行在線測量，用於(yu) 整個(ge) 穀氨酸分批培養(yang) 過程中的在線測量。我們(men) 在燒瓶底部集成了氧氣和 pH 傳(chuan) 感器，SFR vario 可以讀取這些傳(chuan) 感器。然後，PreSens Flask Studio軟件根據氧氣測量值自動計算出OUR。因此，kL測定了 Ultra Yield® 燒瓶的 a，結果表明它與(yu) PreSens 傳(chuan) 感器燒瓶 SFS 的檢測範圍相似。對生物量進行光學監測 – 光線通過燒瓶底部照射，被培養(yang) 液中的細胞散射，然後用 SFR vario 檢測反向散射光。

材料與(yu) 方法

在30°C和300rpm（振蕩直徑25mm）下，在2.5L超產(chan) 量®燒瓶中培養(yang) 穀氨酸梭菌，該燒瓶的填充體(ti) 積為(wei) 20%。燒瓶用合適的康寧瓶蓋封閉。將一個(ge) 氧氣和一個(ge) pH傳(chuan) 感器點（SP-PSt3，SP-HP5）集成在燒瓶底部，並在25小時內(nei) 使用振蕩培養(yang) 箱內(nei) 的SFR vario監測氧氣，OUR，pH和生物量（見圖1）。離線 OD 樣品600測量值是從(cong) 相同條件下生長的平行培養(yang) 物中進行的。

圖 1：2.5 L 超產(chan) 量®燒瓶（美國湯姆森），帶有康寧搖瓶蓋，並在振蕩培養(yang) 箱內(nei) 的 SFR vario 上集成了 pH 和氧傳(chuan) 感器斑點。

結果

圖 2 顯示了穀氨酸梭菌培養(yang) 物的在線記錄數據和離線測定的 OD600值。大約 1.5 小時後，耗氧量開始增加。在接下來的 10 小時內(nei) ，DO 和 OUR 圖顯示了幾個(ge) 峰值，這些峰值表明由於(yu) 複合培養(yang) 基中不同碳源（例如葡萄糖、醋酸鹽）的消耗而導致的幾次代謝變化。在高代謝活動期間，pH 值下降 0.24，而當代謝產(chan) 物開始在培養(yang) 液中積累時，培養(yang) 物繼續變酸。在培養(yang) 的第二階段，7小時後，從(cong) 碳水化合物切換到肽和氨基酸作為(wei) 碳源，導致培養(yang) 基的強烈堿化，這可以通過HP5傳(chuan) 感器光斑解決(jue) 。在開始時的短暫滯後階段之後，生物量曲線清楚地顯示出從(cong) 第 4 小時開始呈指數增長，與(yu) 升高的吸氧率相對應。9小時後，指數增長停止，生物量最小減少，直到培養(yang) 終止。耗氧量也持續 5 小時，表明在死亡階段開始之前，發生了進一步的代謝活動，可能代謝了一些細胞。離線 OD600數據與(yu) 在線生物量數據非常吻合。在線和離線測量數據之間的微小差異可能源於(yu) 這樣一個(ge) 事實，即離線數據是從(cong) 平行種植中獲取的。在選定的條件下，氧氣永遠不會(hui) 成為(wei) 限製，溶解氧水平不會(hui) 低於(yu) 40%。SFR vario 數據表明，盡管仍有一些代謝活動，但 10 小時後不再生長，屆時可以終止培養(yang) 。

圖2：在2.5 L Ultra Yield®燒瓶中在複合培養(yang) 基中培養(yang) 的穀氨酸梭菌;使用SFR vario在線監測生物量（綠線）、DO（藍線）和pH值（紅線），OUR（淺藍線）使用PreSens Flask Studio軟件在線計算氧氣讀數。在線生物質信號中的噪聲也用中位數 30（黑線）進行了平滑。從(cong) 平行培養(yang) 中獲取的離線測量的OD 600值（橙色點）與(yu) 在線測量的生物量數據非常吻合。

結論

我們(men) 的測試表明，在半透明聚丙烯搖瓶中使用 SFR vario 可以收集確鑿的在線測量數據。在這個(ge) 例子中，我們(men) 能夠在配備光學傳(chuan) 感器點的超產(chan) 量®燒瓶中詳細跟蹤生物量的發育和代謝活動。與(yu) SFR vario同時收集的幾個(ge) 參數的在線數據被證明可以為(wei) 代謝過程提供有價(jia) 值的見解，並通過間接從(cong) 溶解氧和pH數據中挖掘信息來精確估計生長階段以及營養(yang) 物質的可用性。