測定發酵過程中微生物菌體的數量和菌體的生長情況,對發酵過程的控制和發酵產品的品質控制具有十分重要的意義,本項研究探討了利用葡萄糖生物傳感器,測定發酵過程中微生物活細胞的方法及測定條件。
 一、 測定原理:
 微生物細胞在其生長或生活過程中,總是優先利用葡萄糖作為基本能源和碳源,在細胞沒有營養限制因素的條件">

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用葡萄糖生物傳感器測定發酵過程微生物活細胞數研究

測定發酵過程中微生物菌體的數量和菌體的生長情況,對發酵過程的控制和發酵產品的品質控制具有十分重要的意義,本項研究探討了利用葡萄糖生物傳感器,測定發酵過程中微生物活細胞的方法及測定條件。
 一、 測定原理:
 微生物細胞在其生長或生活過程中,總是優先利用葡萄糖作為基本能源和碳源,在細胞沒有營養限制因素的條件下,微生物對葡萄糖的利用數量與微生物細胞的數量和細胞所處的生長時期有關,微生物發酵過程中,一定的發酵時期微生物細胞處于一定的生長期,所以可以通過測定細胞對葡萄糖的利用量來估測細胞的數量。
  固定化酶葡萄糖生物傳感器測定靈敏度高,測定速度快,能夠滿足細胞測定的要求。
 二 測定裝置:
 待測樣品和葡萄糖加入到恒溫培養池內開始計時,到設定的第一次采樣時間后,開動蠕動泵采樣約0.5ml,到菌體滅活池,采樣時蠕動泵正反方向運行相同時間,采樣結束后管道內不存液體。再過20分鐘,再次取樣0.5ml,定時采樣控制由微型計算機系統自動完成。采樣后手工完成采集樣品的葡萄糖含量測定。葡萄糖含量與細胞數的轉換也由微型計算機系統完成,不同細胞的生長時期,葡萄糖的利用與菌體數的關系,通過切換轉換模式實現。




 

三、 測定結果
 1.不同濃度的微生物細胞對葡萄糖的利用情況
以下是我們對搖瓶培養23小時的釀酒酵母發酵液多級稀釋后,20分鐘時間實際消耗葡萄糖的測定結果,表中細胞濃度通過平板培養計數法測定。


表一:不同稀釋比例釀酒酵母發酵液20分鐘耗糖值

把上表的平均值數據按細胞濃度作圖,如結果如下:



  

實驗結果顯示,當細胞濃度低于2×107時菌體對葡萄糖的利用速度較快,當菌體濃度高于2×107后,葡萄糖的消耗與菌體濃度有較好的線性關系,在作計數測定時,必須對此非線性提供補償。
 2. 樣品的重復測定試驗:
實驗結果是否能重復是測定方法是否可行的根本依據,為了驗證葡萄糖消耗法測試細胞數這一方法,我們分別對二次搖瓶培養的釀酒酵母作了重復計數測定,實驗結果顯示:對于同一樣品,儀器測定有較好的重復性,測定誤差小于10%。

表二:釀酒酵母發酵原液6次測定實驗結果


表三:釀酒酵母用磷酸緩沖液稀釋5倍后,測定6次實驗結果


 3. 測量范圍
 實際測定的數據顯示,本儀器測定的微生物細胞數的分辨率為106數量級,當微生物細胞數小于這個數量級時,葡萄糖生物傳感器的測定精度和細胞對葡萄糖消耗的非線性使測定結果誤差太大,失去參考價值。
 四、 小結
 利用微生物活細胞對葡萄糖的消耗數量,推測微生物活細胞的數量,原理明確、操作簡便,測定可靠性高,但需要對不同的細胞生長期建立葡萄糖消耗與細胞數量的相關模型,保證測定結果的準確性。對于工業微生物發酵生產,因為發酵的條件基本一致,所以模型建立相對容易,本方法具有實用價值,當發酵異常時,測得的細胞數可能不準,但異常的數據能對發酵控制提供及時的警告信息。

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