迷你恒温摇床在微生物培养与样品前处理中的应用实验

——以枯草芽孢杆菌摇瓶培养为例

摘要：摇瓶培养是实验室微生物发酵工艺条件摸索的常用方法，恒温摇床作为核心设备，其温控精度、振荡稳定性及空间利用率直接影响实验效率与数据质量。本实验以枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）为培养对象，使用HG-A220迷你恒温摇床进行摇瓶培养，验证其在微生物培养中的温控表现、振荡稳定性及操作便利性。结果表明，该设备温度波动度在±0.2℃以内，转速精度±1 rpm，培养12 h后菌液OD₆₀₀为2.46，满足常规微生物培养要求。其可堆叠设计与紧凑外形有效拓展了实验室面积利用率，适合空间有限的实验室使用。

引言

恒温摇床集恒温培养与振荡混匀功能于一体，是微生物学、细胞生物学、酶工程及发酵工程等领域的常用实验室设备。摇瓶培养通过液体培养基在三角瓶中振荡，以满足微生物生长、繁殖及代谢产物积累对溶氧的需求，是实验室放大工艺条件的常用方法。枯草芽孢杆菌作为一种好氧微生物，其摇瓶培养过程对培养温度、振荡转速及溶氧水平均有明确要求，是验证恒温摇床性能的合适模型。

传统恒温摇床普遍存在占地面积大、功能单一、温控精度不足等问题。近年来，各设备厂商陆续推出可堆叠结构的小型化摇床，通过多层叠加拓展单位面积的通量，同时引入全温段控制（加热/制冷）和可编程操作系统，以适配更复杂的培养场景。本实验以HG-A220迷你恒温摇床为测试平台，该设备具有以下特点：①可选1~2层可堆叠结构，单层高度＜80 cm，可置于桌面或桌下使用；②配备加热/制冷双功能，全温段覆盖；③采用无刷电机，转速精度＜1 rpm；④7寸彩色触摸屏，支持50段编程控制；⑤标配开门即停、超温报警等安全功能。

本实验以枯草芽孢杆菌的摇瓶培养为载体，评估该设备的温控精度、振荡稳定性、操作便利性及空间适配能力，为实验室设备选型提供参考。

实验部分

1、实验材料

菌种：枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）斜面保藏菌种。

培养基：LB液体培养基（胰蛋白胨10 g/L、酵母提取物5 g/L、NaCl 10 g/L，pH 7.0），121℃高压灭菌20 min。

主要设备：

1)       迷你恒温摇床（HG-A220型，可加热/制冷，上海赫田）

2)       超净工作台

3)       紫外可见分光光度计

4)       无菌移液管、250 mL三角瓶、试管等

2、实验方法

摇瓶种子液制备：从试管斜面菌种挑取1环菌苔，接种至含50 mL LB液体培养基的250 mL三角瓶中，置于恒温摇床中37℃、180 rpm振荡培养12 h，作为种子液。

摇瓶发酵培养：将上述种子液以2%接种量（v/v）转接至含50 mL新鲜LB培养基的250 mL三角瓶中，共制备6瓶。将三角瓶对称放置于摇床托盘上，设定培养温度37℃，振荡频率180 rpm，振幅26 mm，连续培养。

取样与检测：分别于培养0 h、4 h、8 h、12 h取样，测定菌液OD₆₀₀值（以空白LB培养基调零），同时观察菌液浑浊度及沉淀情况。

温度均匀性验证：在摇床内腔四个角落及中心位置各放置一支校准后的温度计（精度0.1℃），设定温度为37℃，运行2 h后记录各点温度，计算温度均匀性。

3、设备操作要点

1)       装样平衡：将三角瓶对称放置于托盘上，使负载平衡，以减少运行时的振动和噪音。

2)       参数设定：通过7寸彩色触摸屏设置温度37℃、转速180 rpm、运行时间12 h，开启预约开机功能提前运行。

3)       安全确认：启动前确认门锁闭合，运行中若打开箱门，设备自动执行“开门缓停"功能，避免操作风险。

结果与分析

1、温控性能

设定温度37℃，设备运行2 h后，内腔各测温点数据如下：

温度波动度：±0.2℃以内；温度均匀性：≤0.5℃。

该温控精度满足枯草芽孢杆菌等大多数微生物的培养要求。设备配备的PID温控系统在达到设定温度后无明显过冲，全温段覆盖（室温-15~60℃）使其亦可用于低温诱导表达或高温条件下的培养实验。

2、振荡稳定性

设备以180 rpm连续运行12 h，运行过程中声音平稳，无明显机械共振。采用的无刷电机配合多维传动组合，转速精度在±1 rpm以内。酵母菌培养的研究表明，较高转速可提高培养液中的溶解氧，促进好氧微生物生长；本实验中180 rpm的转速保证了培养液在250 mL三角瓶中形成良好对流，瓶壁未见菌体附着或沉淀堆积。

3、枯草芽孢杆菌生长曲线

各时间点OD₆₀₀测定结果如下：

培养12 h后，菌液OD₆₀₀为2.46，菌体生长旺盛，说明摇床的温控条件与振荡条件能够支持枯草芽孢杆菌的好氧发酵过程。

4、空间利用率评估

设备单层外形尺寸为560×610×760 mm，高度小于80 cm，可放置于实验室桌面或实验台下方。双层叠加后整体高度约1500 mm，占地面积不变（约0.34 m²），培养通量

讨论

本实验结果表明，HG-A220迷你恒温摇床在温控精度、振荡稳定性和操作智能化方面均能满足常规微生物摇瓶培养的要求。以下几点在实际使用中值得关注：

可堆叠结构的实用价值：双层独立控温设计允许上下层设置不同温度进行并行实验。例如，上层可在37℃下进行细菌培养，下层可在25℃下进行酵母培养，互不干扰。这对需同时开展多组温度梯度实验的研究者尤为有用。

托盘的多功能性：内腔标配两种托盘——可摇晃振荡的弹簧网格托盘和可静置培养的托盘，可根据实验需求切换。弹簧网格托盘可适配250 mL、500 mL、1000 mL等多种规格的培养瓶，通用性较好。

智能控制的便利性：7寸触摸屏支持50段程序编辑，可设置预约开机和定时关机，便于安排实验周期。屏锁与多级密码权限管理功能可防止误操作，对多用户共享设备的实验室较为实用。

结论

本研究以枯草芽孢杆菌摇瓶培养为模型，验证了HG-A220迷你恒温摇床在微生物培养中的应用性能。主要结论如下：

1)       温控性能优良：温度波动度≤±0.2℃，温度均匀性≤0.5℃，全温段覆盖（室温-15~60℃），可同时满足加热培养与低温诱导需求。

2)       振荡稳定：无刷电机驱动，转速精度＜1 rpm，连续运行12 h无异常噪音或共振，多维传动组合在长期使用中磨损较小。

3)       空间利用率高：可堆叠设计使单层高度＜80 cm，可放置于桌面或桌下；双层叠加后占地面积不变，通量翻倍，适合空间紧凑型实验室。

4)       操作智能安全：7寸彩色触摸屏支持可编程控制（50段×99循环）、预约开关机，开门即停、超温报警等功能。

上海赫田科学仪器有限公司长期从事高精度恒温摇床、真空干燥箱及相关实验室设备的研发与制造。HG-A220迷你恒温摇床支持加热/制冷双模式、可堆叠扩展、可编程触控，并可选配光照培养模块（0~30000 LX）、CO₂/O₂气体控制等扩展功能，适配微生物培养、细胞培养、藻类培养及种子发芽等多种实验场景。欢迎广大科研工作者与企业客户垂询选购。