生物量(biomass)是指某一时刻单位面积内实存生活的有机物质(包括生物体内所存食物的重量)总量,通常用kg/m2或t/hm2表示。广义的生物量是生物在某一特定时刻单位空间的个体数、重量或其含能量,可用于指某种群、某类群生物的(如浮游动物)或整个生物群落的生物量。狭义的生物量仅指以重量表示的,可以是鲜重或干重。与生产力是不同的概念,某一特定时刻的生物量是一种现存量(standing crop)。
本文主要针对微生物发酵过程中生物量的检测方法,进行整理和分析,具体如下:
1、体积测量法
通过测定一定体积培养液中所含菌丝的体积来反映微生物的生长状态。
取一定量的待测华体会体育最新地址 体积为V1,放在有刻度的离心管内,设定一定的离心时间t和转速r,离心完成后到,倒出上清液并测得体积为V,则离心机压缩体积:
PMV∣(t,r)=V1-V/V1
特点:粗放、简便、快速、偏差大、常含有非菌体固形物,对于醪液发酵华体会体育最新地址 不适用。
2、细胞干重法DCW
将单位体积的微生物培养液经离心收集并用水反复洗涤菌体,经常压或真空干燥后精确称重,即可计算出培养物的总生物量。一般1mg细菌干重约等于4~5mg湿菌鲜重或相当于4×109~5×109个细胞,可以以此作标准从干重做需要的转换。
特点:繁琐、耗时,不方便在线分析,本法适用于含菌量高、不含或少含非菌颗粒性杂质的环境或培养条件。
3、比浊法OD
微生物的生长引起培养物浊度的增高、通过紫外分光光度计测定固定波长下的吸光值则可判断该微生物的生长状况。通常在600nm处,测得吸光值(OD值)。
特点:常用与细菌、酵母,方便、快捷、在线监测反馈;对于浑浊程度较高的发酵醪液因超出检测范围需要进行稀释操作,稀释溶液最好为华体会体育最新地址 。
4、细胞计数N(直接计数法)
常用计数法包括:血球计数板法、平板菌落法,或者用电子计数器计数。
血球计数板法:需要专用的血球计数板,有两种规格:25×16、或16×25,操作方法很多地方可查询得到,此处帮助大家回忆一下计算公式:
25×16计算公式:
细胞数N/mL=(80小方格内的细胞数/80) ×400×10000×稀释倍数
=A/5×25×104×B
16×25计算公式:
细胞数N/mL=(100小方格内的细胞数/100) ×400×10000×稀释倍数
=A/4×16×104×B
注:公式中A为计数大格、B为菌液稀释倍数;针对压边和角落的菌落,常采用两边加一角的原则。细胞数作图统计会遇到一个问题:在一段时间内,细胞数即使相差到数量级上,作图也不能明显的看到微生物的状态变化,此时可取lgN作图。
平板菌落法:取定量待测菌液梯度稀释涂布于固体华体会体育最新地址 上、定时培养计数菌落数量,根据稀释倍数反推出待测菌液的细胞浓度。
特点:只计量活菌数、耗时、操作较复杂;但可以准确记录发酵醪液中菌体的生长情况。
5、黏度(Pa.s)检测
可用粘度计直接测量,常用于丝状真菌发酵行业。
特点:适用范围窄、对于低粘度发酵无法检测。
6、核酸计数法
常采用(实时)荧光定量PCR技术,此方法需要针对培养的微生物,设计特异性引物,并需要对培养液中的微生物进行离心,获得菌体,提取核酸,纯化,上机等操作。
特点:实时快速准确记录发酵醪液中微生物的生长状况,适用范围广;但操作难度大,步骤繁琐,试剂盒价格昂贵,一般为科研院所所用。
7.DNA含量测定法
微生物细胞中的DNA含量虽然不高(如大肠杆菌中约占3%~4%),但由于其含量较为稳定,有人估算出每一个细菌细胞平均含DNA 8.4×10-5ng,因而也可以根据分离出的样品中的DNA含量来计算微生物的生物量。
特点:可以快速检测,单只能大致估计含量不能准确,并且价格较昂贵。
8.总氮量测定法
蛋白质是生物细胞的主要成分,核酸、类脂等中也含有一定量的氮素。已知细菌细胞于重的含氮量一般为12%-15%,因此,只要用化学分析方法测出待测样品的含氮量,就能推算出细胞的生物量。
特点:本法适用于在固体或液体条件下微生物总生物量的测定,但需充分洗涤菌体以除去含氮杂质,缺点是操作程序较复杂,除必需情况外很少采用。
9.代谢活性法
有人曾根据微生物的生命活动强度来估算其生物量。如测定单位体积培养物在单价时间内消耗的营养物或O2的数量,或者是测定微生物代谢过程中的产酸量或CO2量等,均可以在一定程度上反映微生物的生物量。
特点:本法系间接法,影响因素较多,误差也较大,仅在特定条件下作比较分析时使用。
结语
检测发酵过程中微生物的生物量的方法有多种,选择合适的检测方法有助于实时快速准确的知道发酵过程中微生物的生物量,从而知道发酵的整体趋势及形态,达到对发酵进行实时调控的目的。对于提高有效产物,降低发酵风险具有重要作用。
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