——以枯草芽孢桿菌搖瓶培養為例

摘要：搖瓶培養是實驗室微生物發酵工藝條件摸索的常用方法，恒溫搖床作為核心設備，其溫控精度、振蕩穩定性及空間利用率直接影響實驗效率與數據質量。本實驗以枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）為培養對象，使用HG-A220迷你恒溫搖床進行搖瓶培養，驗證其在微生物培養中的溫控表現、振蕩穩定性及操作便利性。結果表明，該設備溫度波動度在±0.2℃以內，轉速精度±1 rpm，培養12 h后菌液OD???為2.46，滿足常規微生物培養要求。其可堆疊設計與緊湊外形有效拓展了實驗室面積利用率，適合空間有限的實驗室使用。

引言

恒溫搖床集恒溫培養與振蕩混勻功能于一體，是微生物學、細胞生物學、酶工程及發酵工程等領域的常用實驗室設備。搖瓶培養通過液體培養基在三角瓶中振蕩，以滿足微生物生長、繁殖及代謝產物積累對溶氧的需求，是實驗室放大工藝條件的常用方法。枯草芽孢桿菌作為一種好氧微生物，其搖瓶培養過程對培養溫度、振蕩轉速及溶氧水平均有明確要求，是驗證恒溫搖床性能的合適模型。

傳統恒溫搖床普遍存在占地面積大、功能單一、溫控精度不足等問題。近年來，各設備廠商陸續推出可堆疊結構的小型化搖床，通過多層疊加拓展單位面積的通量，同時引入全溫段控制（加熱/制冷）和可編程操作系統，以適配更復雜的培養場景。本實驗以HG-A220迷你恒溫搖床為測試平臺，該設備具有以下特點：①可選1~2層可堆疊結構，單層高度＜80 cm，可置于桌面或桌下使用；②配備加熱/制冷雙功能，全溫段覆蓋；③采用無刷電機，轉速精度＜1 rpm；④7寸彩色觸摸屏，支持50段編程控制；⑤標配開門即停、超溫報警等安全功能。

本實驗以枯草芽孢桿菌的搖瓶培養為載體，評估該設備的溫控精度、振蕩穩定性、操作便利性及空間適配能力，為實驗室設備選型提供參考。

實驗部分

1、實驗材料

菌種：枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）斜面保藏菌種。

培養基：LB液體培養基（胰蛋白胨10 g/L、酵母提取物5 g/L、NaCl 10 g/L，pH 7.0），121℃高壓滅菌20 min。

主要設備：

1)       迷你恒溫搖床（HG-A220型，可加熱/制冷，上海赫田）

2)       超凈工作臺

3)       紫外可見分光光度計

4)       無菌移液管、250 mL三角瓶、試管等

2、實驗方法

搖瓶種子液制備：從試管斜面菌種挑取1環菌苔，接種至含50 mL LB液體培養基的250 mL三角瓶中，置于恒溫搖床中37℃、180 rpm振蕩培養12 h，作為種子液。

搖瓶發酵培養：將上述種子液以2%接種量（v/v）轉接至含50 mL新鮮LB培養基的250 mL三角瓶中，共制備6瓶。將三角瓶對稱放置于搖床托盤上，設定培養溫度37℃，振蕩頻率180 rpm，振幅26 mm，連續培養。

取樣與檢測：分別于培養0 h、4 h、8 h、12 h取樣，測定菌液OD???值（以空白LB培養基調零），同時觀察菌液渾濁度及沉淀情況。

溫度均勻性驗證：在搖床內腔四個角落及中心位置各放置一支校準后的溫度計（精度0.1℃），設定溫度為37℃，運行2 h后記錄各點溫度，計算溫度均勻性。

3、設備操作要點

1)       裝樣平衡：將三角瓶對稱放置于托盤上，使負載平衡，以減少運行時的振動和噪音。

2)       參數設定：通過7寸彩色觸摸屏設置溫度37℃、轉速180 rpm、運行時間12 h，開啟預約開機功能提前運行。

3)       安全確認：啟動前確認門鎖閉合，運行中若打開箱門，設備自動執行“開門緩停"功能，避免操作風險。

結果與分析

1、溫控性能

設定溫度37℃，設備運行2 h后，內腔各測溫點數據如下：

溫度波動度：±0.2℃以內；溫度均勻性：≤0.5℃。

該溫控精度滿足枯草芽孢桿菌等大多數微生物的培養要求。設備配備的PID溫控系統在達到設定溫度后無明顯過沖，全溫段覆蓋（室溫-15~60℃）使其亦可用于低溫誘導表達或高溫條件下的培養實驗。

2、振蕩穩定性

設備以180 rpm連續運行12 h，運行過程中聲音平穩，無明顯機械共振。采用的無刷電機配合多維傳動組合，轉速精度在±1 rpm以內。酵母菌培養的研究表明，較高轉速可提高培養液中的溶解氧，促進好氧微生物生長；本實驗中180 rpm的轉速保證了培養液在250 mL三角瓶中形成良好對流，瓶壁未見菌體附著或沉淀堆積。

3、枯草芽孢桿菌生長曲線

各時間點OD???測定結果如下：

培養12 h后，菌液OD???為2.46，菌體生長旺盛，說明搖床的溫控條件與振蕩條件能夠支持枯草芽孢桿菌的好氧發酵過程。

4、空間利用率評估

設備單層外形尺寸為560×610×760 mm，高度小于80 cm，可放置于實驗室桌面或實驗臺下方。雙層疊加后整體高度約1500 mm，占地面積不變（約0.34 m2），培養通量

討論

本實驗結果表明，HG-A220迷你恒溫搖床在溫控精度、振蕩穩定性和操作智能化方面均能滿足常規微生物搖瓶培養的要求。以下幾點在實際使用中值得關注：

可堆疊結構的實用價值：雙層獨立控溫設計允許上下層設置不同溫度進行并行實驗。例如，上層可在37℃下進行細菌培養，下層可在25℃下進行酵母培養，互不干擾。這對需同時開展多組溫度梯度實驗的研究者尤為有用。

托盤的多功能性：內腔標配兩種托盤——可搖晃振蕩的彈簧網格托盤和可靜置培養的托盤，可根據實驗需求切換。彈簧網格托盤可適配250 mL、500 mL、1000 mL等多種規格的培養瓶，通用性較好。

智能控制的便利性：7寸觸摸屏支持50段程序編輯，可設置預約開機和定時關機，便于安排實驗周期。屏鎖與多級密碼權限管理功能可防止誤操作，對多用戶共享設備的實驗室較為實用。

結論

本研究以枯草芽孢桿菌搖瓶培養為模型，驗證了HG-A220迷你恒溫搖床在微生物培養中的應用性能。主要結論如下：

1)       溫控性能優良：溫度波動度≤±0.2℃，溫度均勻性≤0.5℃，全溫段覆蓋（室溫-15~60℃），可同時滿足加熱培養與低溫誘導需求。

2)       振蕩穩定：無刷電機驅動，轉速精度＜1 rpm，連續運行12 h無異常噪音或共振，多維傳動組合在長期使用中磨損較小。

3)       空間利用率高：可堆疊設計使單層高度＜80 cm，可放置于桌面或桌下；雙層疊加后占地面積不變，通量翻倍，適合空間緊湊型實驗室。

4)       操作智能安全：7寸彩色觸摸屏支持可編程控制（50段×99循環）、預約開關機，開門即停、超溫報警等功能。

上海赫田科學儀器有限公司長期從事高精度恒溫搖床、真空干燥箱及相關實驗室設備的研發與制造。HG-A220迷你恒溫搖床支持加熱/制冷雙模式、可堆疊擴展、可編程觸控，并可選配光照培養模塊（0~30000 LX）、CO?/O?氣體控制等擴展功能，適配微生物培養、細胞培養、藻類培養及種子發芽等多種實驗場景。歡迎廣大科研工作者與企業客戶垂詢選購。