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熒光法殘氧儀SFR超高產燒瓶中谷氨酸梭菌培養物的在線監測
熒光法殘氧儀SFR超高產®燒瓶中谷氨酸梭菌培養物的在線監測
在這(zhe)項研(yan)究中，我們(men)(men)分析了(le)，如果稍微半透明的(de)聚丙烯搖瓶可用(yong)于光學(xue)測(ce)量(liang)(liang)，特別是(shi)使(shi)用(yong)SFR變量(liang)(liang)進行(xing)光學(xue)生物量(liang)(liang)監測(ce)。作為一個突(tu)出的(de)例子(zi)，我們(men)(men)使(shi)用(yong)湯姆森的(de)超產量(liang)(liang)®燒瓶進行(xing)谷氨酸(suan)梭菌(jun)培養(yang)，同時監測(ce)2，我們(men)(men)的(de)，pH和生物質在線。
超產量(liang)(liang)®燒(shao)(shao)(shao)瓶(ping)(ping)(ping)具有(you)特殊的(de)(de) 6 擋板設計(ji)，有(you)望實現更(geng)高的(de)(de)曝(pu)氣率。這(zhe)使(shi)得這(zhe)些一(yi)次(ci)性搖(yao)瓶(ping)(ping)(ping)對大腸桿(gan)菌和(he)其他(ta)微生物(wu)培養物(wu)感(gan)興(xing)趣。與PreSens傳感(gan)器(qi)(qi)燒(shao)(shao)(shao)瓶(ping)(ping)(ping)SFS（康寧(ning)）相比，超產量(liang)(liang)®燒(shao)(shao)(shao)瓶(ping)(ping)(ping)僅略微半透明。在這(zhe)里，我們使(shi)用帶有(you)SFR可變傳感(gan)器(qi)(qi)模塊的(de)(de)2.5 L超產量(liang)(liang)®燒(shao)(shao)(shao)瓶(ping)(ping)(ping)，用于整個谷氨酸梭菌批(pi)量(liang)(liang)培養的(de)(de)在線測量(liang)(liang)。我們在燒(shao)(shao)(shao)瓶(ping)(ping)(ping)底部集成了氧氣和(he)pH傳感(gan)器(qi)(qi)，由(you)SFR變量(liang)(liang)讀取。然后，PreSens Flask Studio軟(ruan)件根(gen)據氧氣測量(liang)(liang)值自動計(ji)算OUR。因此，kL確(que)定了超產量(liang)(liang)®燒(shao)(shao)(shao)瓶(ping)(ping)(ping)的(de)(de)a，這(zhe)表明它(ta)與PreSens傳感(gan)器(qi)(qi)燒(shao)(shao)(shao)瓶(ping)(ping)(ping)SFS的(de)(de)范(fan)圍相似(si)。對生物(wu)質進行(xing)光(guang)學監測 – 光(guang)通過燒(shao)(shao)(shao)瓶(ping)(ping)(ping)底部照(zhao)射，被培養液中的(de)(de)細胞(bao)散射，然后用SFR變量(liang)(liang)檢測背散射光(guang)。
材料與方法
谷氨酸梭菌在復合培養(yang)基中(zhong)生長在2.5 L超(chao)產量(liang)(liang)®燒(shao)瓶中(zhong)，在20°C和30rpm（振蕩直徑(jing)300mm）下(xia)填充體積(ji)為25%。用(yong)合適的康寧蓋封閉燒(shao)瓶。將(jiang)一(yi)個氧(yang)氣和一(yi)個pH傳感(gan)器(qi)點（SP-PSt3，SP-HP5）集成在燒(shao)瓶底(di)部，并在振蕩培養(yang)箱內使用(yong)SFR變(bian)量(liang)(liang)在25小(xiao)時內監測氧(yang)氣，OUR，pH和生物量(liang)(liang)（見圖(tu)1）。離線(xian)外吸樣品600測量(liang)(liang)是(shi)在相同條件下(xia)生長的平行栽培。
圖(tu) 1：2.5 L 超產量(liang)®培養(yang)瓶(ping)(ping)（美國(guo)湯姆森），帶有(you)康寧搖瓶(ping)(ping)蓋，并在搖動培養(yang)箱內(nei)的 SFR 變(bian)體(ti)上集成了 pH 和氧(yang)傳(chuan)感器斑點。
結果
圖2顯示了(le)谷(gu)氨(an)酸梭菌培(pei)(pei)養(yang)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)在(zai)(zai)線(xian)(xian)記錄數(shu)(shu)據(ju)(ju)和(he)(he)離(li)線(xian)(xian)測定的(de)(de)(de)OD600值。大約1.5小(xiao)時(shi)后(hou)，氧(yang)氣消(xiao)耗量增加。在(zai)(zai)接下來的(de)(de)(de)10小(xiao)時(shi)內(nei)，DO和(he)(he)OUR圖顯示了(le)幾個峰(feng)值，這些(xie)峰(feng)值表明由于(yu)在(zai)(zai)復雜培(pei)(pei)養(yang)基中消(xiao)耗不(bu)(bu)同的(de)(de)(de)碳(tan)源(yuan)（例如葡萄糖，乙酸鹽）而導致的(de)(de)(de)幾次代謝(xie)(xie)變(bian)化。在(zai)(zai)高代謝(xie)(xie)活(huo)(huo)(huo)性(xing)期(qi)間(jian)，pH值下降0.24，而培(pei)(pei)養(yang)物(wu)(wu)(wu)繼續呈酸性(xing)，此時(shi)代謝(xie)(xie)產(chan)物(wu)(wu)(wu)開始在(zai)(zai)培(pei)(pei)養(yang)液中積聚。在(zai)(zai)培(pei)(pei)養(yang)的(de)(de)(de)第(di)(di)二階(jie)(jie)段，7小(xiao)時(shi)后(hou)從碳(tan)水化合物(wu)(wu)(wu)切換到(dao)肽和(he)(he)氨(an)基酸作(zuo)為(wei)碳(tan)源(yuan)會(hui)導致培(pei)(pei)養(yang)基的(de)(de)(de)強(qiang)堿化，這可以通過HP5傳感器點很好的(de)(de)(de)解(jie)決。在(zai)(zai)開始時(shi)的(de)(de)(de)短暫(zan)滯后(hou)階(jie)(jie)段之后(hou)，生(sheng)物(wu)(wu)(wu)量曲線(xian)(xian)清楚地(di)顯示出從第(di)(di)4小(xiao)時(shi)開始的(de)(de)(de)指數(shu)(shu)增長(chang)，與攝氧(yang)率的(de)(de)(de)升高相(xiang)對應(ying)。9小(xiao)時(shi)后(hou)，指數(shu)(shu)增長(chang)停止，生(sheng)物(wu)(wu)(wu)量最小(xiao)減(jian)少，直到(dao)種(zhong)植終(zhong)止。氧(yang)氣消(xiao)耗也持(chi)續了(le)5個小(xiao)時(shi)，表明在(zai)(zai)死亡階(jie)(jie)段開始之前，會(hui)發生(sheng)進一(yi)(yi)步(bu)的(de)(de)(de)代謝(xie)(xie)活(huo)(huo)(huo)動，可能(neng)代謝(xie)(xie)一(yi)(yi)些(xie)細胞。離(li)線(xian)(xian)OD600數(shu)(shu)據(ju)(ju)與在(zai)(zai)線(xian)(xian)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)量數(shu)(shu)據(ju)(ju)吻合良好。在(zai)(zai)線(xian)(xian)和(he)(he)離(li)線(xian)(xian)測量數(shu)(shu)據(ju)(ju)之間(jian)的(de)(de)(de)輕微偏差(cha)可能(neng)源(yuan)于(yu)離(li)線(xian)(xian)數(shu)(shu)據(ju)(ju)是從平(ping)行栽培(pei)(pei)中獲(huo)取的(de)(de)(de)。在(zai)(zai)所選條(tiao)件(jian)下，氧(yang)氣永遠不(bu)(bu)會(hui)受到(dao)限制，溶解(jie)氧(yang)水平(ping)不(bu)(bu)會(hui)低于(yu)40%。SFR變(bian)量數(shu)(shu)據(ju)(ju)表明，盡管(guan)仍有一(yi)(yi)些(xie)代謝(xie)(xie)活(huo)(huo)(huo)動，但10小(xiao)時(shi)后(hou)不(bu)(bu)再生(sheng)長(chang)，然后(hou)可以終(zhong)止培(pei)(pei)養(yang)。
圖2：在(zai)2.5 L超(chao)產量(liang)®燒瓶中(zhong)的(de)復(fu)合培養(yang)基中(zhong)培養(yang)的(de)谷氨酸梭(suo)菌;使用SFR變量(liang)在(zai)線(xian)(xian)(xian)(xian)監測生物量(liang)（綠(lv)線(xian)(xian)(xian)(xian)），DO（藍線(xian)(xian)(xian)(xian)）和(he)pH（紅線(xian)(xian)(xian)(xian)），使用PreSens Flask Studio軟件根據在(zai)線(xian)(xian)(xian)(xian)氧氣讀數(shu)計算OUR（淺藍線(xian)(xian)(xian)(xian)）。在(zai)線(xian)(xian)(xian)(xian)生物質信號中(zhong)的(de)噪聲也用中(zhong)位數(shu)30（黑線(xian)(xian)(xian)(xian)）平(ping)滑(hua)。離線(xian)(xian)(xian)(xian)測量(liang)的(de)平(ping)行栽培OD 600值（橙色點）與在(zai)線(xian)(xian)(xian)(xian)測量(liang)的(de)生物量(liang)數(shu)據一致。
結論
我(wo)們的(de)(de)(de)(de)測(ce)試表(biao)明，SFR變量(liang)可以在半(ban)透明的(de)(de)(de)(de)聚丙烯搖瓶中收集(ji)確(que)鑿(zao)的(de)(de)(de)(de)在線(xian)測(ce)量(liang)數(shu)(shu)據。在這個例(li)子中，我(wo)們能夠在配備(bei)光學傳感器(qi)光斑(ban)的(de)(de)(de)(de)超高(gao)產(chan)量(liang)®燒瓶中詳(xiang)細跟蹤生物質(zhi)發育和(he)代謝(xie)活動。與SFR變量(liang)同(tong)時收集(ji)的(de)(de)(de)(de)幾個參數(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)在線(xian)數(shu)(shu)據被證明可以對代謝(xie)過程提供有價值的(de)(de)(de)(de)見解，并通過從(cong)DO和(he)pH數(shu)(shu)據中間接挖(wa)掘信息來精確(que)估計生長(chang)階段和(he)養(yang)分(fen)可用性。
