presens殘氧儀超高產量®燒瓶中谷氨酸梭菌培養物的在線監測

 

在這項研究中，我們分析了微透明的聚丙烯搖瓶是否可用于光學測量，尤其是使用 SFR vario 進行光學生物量監測。作為一個突出的例子，我們使用 Thomson 的 Ultra Yield® 燒瓶進行谷氨酸梭菌培養，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桿菌和其他微生物培養物很感興趣。與 PreSens 傳感器瓶 SFS （Corning） 相比，Ultra Yield® 瓶僅具有輕微的半透明性。在這里，我們使用帶有 SFR vario 傳感器模塊的 2.5 L 超產量®燒瓶進行在線測量，用于整個谷氨酸分批培養過程中的在線測量。我們在燒瓶底部集成了氧氣和 pH 傳感器，SFR vario 可以讀取這些傳感器。然后，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 PreSens 傳感器燒瓶 SFS 的檢測范圍相似。對生物量進行光學監測 – 光線通過燒瓶底部照射，被培養液中的細胞散射，然后用 SFR vario 檢測反向散射光。

 

材料與方法

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

圖 1：2.5 L 超產量®燒瓶（美國湯姆森），帶有康寧搖瓶蓋，并在振蕩培養箱內的 SFR vario 上集成了 pH 和氧傳感器斑點。

 

結果

圖 2 顯示了谷氨酸梭菌培養物的在線記錄數據和離線測定的 OD600值。大約 1.5 小時后，耗氧量開始增加。在接下來的 10 小時內，DO 和 OUR 圖顯示了幾個峰值，這些峰值表明由于復合培養基中不同碳源（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，而當代謝產物開始在培養液中積累時，培養物繼續變酸。在培養的第二階段，7小時后，從碳水化合物切換到肽和氨基酸作為碳源，導致培養基的強烈堿化，這可以通過HP5傳感器光斑解決。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 小時開始呈指數增長，與升高的吸氧率相對應。9小時后，指數增長停止，生物量最小減少，直到培養終止。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于這樣一個事實，即離線數據是從平行種植中獲取的。在選定的條件下，氧氣永遠不會成為限制，溶解氧水平不會低于 40%。SFR vario 數據表明，盡管仍有一些代謝活動，但 10 小時后不再生長，屆時可以終止培養。

圖2：在2.5 L Ultra Yield®燒瓶中在復合培養基中培養的谷氨酸梭菌;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。從平行培養中獲取的離線測量的OD 600值（橙色點）與在線測量的生物量數據非常吻合。

 

結論

我們的測試表明，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。在這個例子中，我們能夠在配備光學傳感器點的超產量®燒瓶中詳細跟蹤生物量的發育和代謝活動。與SFR vario同時收集的幾個參數的在線數據被證明可以為代謝過程提供有價值的見解，并通過間接從溶解氧和pH數據中挖掘信息來精確估計生長階段以及營養物質的可用性。