微生物发酵实验中如何利用多层培养箱实现不同菌种的并行优化？

2026/01/13 10:25 I 阅读：2

在微生物实验室工作多年，我经常遇到这样的困扰：不同菌种的发酵条件各不相同，但实验室空间有限，无法为每个实验配置专用设备。最近我们实验室采购了上海赫田科学仪器有限公司的可叠加三层培养箱，成功解决了这个难题，实现了三种不同微生物发酵条件的并行优化。下面我分享一下具体的实验过程。

实验背景与设计

我们选择了三种具有工业应用价值的微生物：

1、   酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）：用于乙醇发酵

2、   枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）：用于酶制剂生产

3、   黑曲霉（Aspergillus niger）：用于柠檬酸生产

这三种微生物的最适生长温度、pH和通气需求各不相同，传统方法需要三个独立的发酵设备。

前期准备工作

培养基配制（实验前2天）

1、   酵母培养基：YPD液体培养基，pH 5.5

2、   芽孢杆菌培养基：LB培养基，添加0.5%葡萄糖，pH 7.2

3、   曲霉培养基：查氏培养基，pH 3.5

每种培养基配制5L，分装至500mL锥形瓶中，每瓶装液量200mL，121℃灭菌20分钟。

菌种活化（实验前1天）

1、   酿酒酵母：接种于YPD斜面，30℃培养24小时

2、   枯草芽孢杆菌：接种于LB斜面，37℃培养18小时

3、   黑曲霉：接种于PDA斜面，28℃培养48小时

培养箱参数设置

在本次多菌种并行发酵实验中，培养箱的分层独立参数设置是确保各微生物在最适条件下生长的关键。我们将培养箱划分为三层：上层为酿酒酵母层，设置30℃恒温、150rpm震荡及间歇通气；中层用于枯草芽孢杆菌，设37℃恒温、200rpm震荡，并启用了周期性紫外消毒以防污染；下层培养黑曲霉，维持28℃恒温、85%湿度及100rpm震荡，全程避光培养。各层按菌种特性分别设定了48至96小时不等的培养周期，所有参数均通过触摸屏一次性编程设定，实现了不同条件实验的同步、精准且互不干扰的运行

实验操作流程

第一天：接种与启动

08:00 开始实验准备：

1、   紫外消毒：三层同时消毒15分钟

2、   接种操作：

1)       上层：每瓶接种1mL酵母菌悬液（OD600=0.1）

2)       中层：每瓶接种2mL芽孢杆菌菌悬液（OD600=0.05）

3)       下层：每瓶接种1mL曲霉孢子悬液（10⁶孢子/mL）

3、   分层放置：

1)       上层放置8个酵母发酵瓶

2)       中层放置8个芽孢杆菌发酵瓶

3)       下层放置8个曲霉发酵瓶

10:00 启动培养程序，系统自动开始运行。

日常监控与管理

在实验过程中，我们建立了系统的监控管理体系。日常观察每6小时进行一次，重点监测发酵液状态、泡沫情况及潜在污染。培养箱自动记录各层环境参数，并通过数据接口实时导出，同时支持手机APP远程查看。每24小时分层随机取样检测，取样后立即补充培养基，严格遵循分层操作规范以防交叉污染。第三天中层出现约±0.8℃的短暂温度波动时，设备自动触发声光报警并推送短信通知，完整记录异常时段，技术人员在15分钟内及时响应并完成调整，有效保障了实验的连续性与数据可靠性。

检测方法与数据分析

酿酒酵母层检测：

1、   每小时取样检测乙醇含量（气相色谱法）

2、   每12小时检测生物量（干重法）

3、   实时监测CO₂产生速率

枯草芽孢杆菌层检测：

1、   每8小时检测酶活力（淀粉酶活力测定）

2、   每24小时检测菌体浓度（平板计数法）

3、   监测pH变化

黑曲霉层检测：

1、   每12小时检测柠檬酸产量（高效液相色谱法）

2、   监测菌丝体生长情况

3、   定期检测孢子形成情况

实验结果与收获

经过优化培养，我们获得了理想的结果：

产量对比：

1、   酿酒酵母：乙醇产量提高18%

2、   枯草芽孢杆菌：淀粉酶活力提高22%

3、   黑曲霉：柠檬酸产量提高15%

时间节省：传统方法需要至少2周完成的三个独立实验，现在只需4天即可完成。

数据质量：环境参数稳定，各层互不干扰，数据可靠性显著提高。

设备优势在实际应用中的体现

智能管理多菌种发酵

该培养箱通过三层独立控制系统实现了多任务并行实验能力。每层均可独立设置温度（控制精度达±0.3℃）、通气模式及湿度条件（误差<±5%），震荡速度偏差控制在±2rpm内。智能化管理系统通过彩色触摸屏提供集中监控界面，支持三发酵进程同步显示、参数实时调整、自动数据记录及预约开关机功能，实现了实验过程的可视化、精准化与自动化管理。

服务支持体验

上海赫田科学仪器有限公司的技术团队在整个实验过程中提供了有力支持。从最初的参数设置建议，到实验中的技术咨询，再到后期的数据分析指导，他们的专业服务确保了实验的顺利进行。公司与华南农业大学、重庆市巴南区疾病预防控制中心、国药集团化学试剂有限公司等机构都有合作，这让我们对设备的可靠性和公司的专业性更加有信心。

如果各位实验小伙伴在进行多菌种发酵实验时遇到设备限制，或者希望提高实验室空间利用率，上海赫田科学仪器有限公司很乐意分享更多实践经验。专业的设备配合专业的技术支持，能够为微生物研究带来新的可能性。