乳製品發酵劑中 pH 監測用presens微量滴定板溶解氧分析儀殘氧儀

發酵劑用於保證乳製品的良好和可重複的質量。

在這項研究中，開發了一種易於使用的方法來篩選大量接種培養物作為原材料的質量控制。

測試了帶有整合化學光學 pH 感測器的微量滴定板是否適合監測牛奶發酵過程中的酸產生。

可以清楚地檢測到乳酸乳球菌

和嗜熱鏈球菌培養物的接種型別和大小的差異

，儘管培養基中含有的顆粒和熒光團會造成干擾。

新方法與已建立的 CINAC 系統進行了比較。

這項早期研究產生了改進的 SensorPlate - HydroPlate。

監測和篩選發酵劑在現代乳製品技術中非常重要，以保證酸奶、乳酪或酪乳等產品的質量。

在牛奶發酵過程中，微生物降低 pH 值會產生有機酸，主要是乳酸。

這種產酸可用於表徵牛奶發酵，因此是測試發酵劑培養物活性的重要方法。

本研究的目的是開發一種新方法，該方法允許透過光學 pH 測量篩選微量滴定板中的大量樣品。

初步測試表明，板的光學特性，尤其是牛奶的光學特性對 pH 感測器訊號有影響，因為感測器不是光學隔離的。

將以下在帶有整合 pH 感測器的微量滴定板發酵實驗中獲得的結果與來自已建立的 CINAC 方法的結果進行比較，以驗證這種新方法的適用性。

CINAC 系統非常可靠，但僅限於 16 個平行實驗，並且由於需要清潔和重新校準電極，因此勞動強度很大。

帶有感測器的微量滴定板應該可以消除這些缺點。

圖 1：在 30 °C 下使用 90% 牛奶（三角形）和離子強度為 0。1 M（圓形）的緩衝液校準光學 pH 感測器。

值是平均值 ± SD，對於 n = 8

圖 2：使用

Lc 發酵牛奶。

乳酸菌

在 30 °C；

使用光學感測器（帶誤差線的線）、pH 電極（正方形）和 CINAC 系統（不帶誤差線的線）測量 pH。

培養條件：左邊0。50g接種物，中間0。10g接種物，右邊0。02g接種物。

上圖：pH 調整後的牛奶校準，下圖：緩衝溶液校準。

材料與方法

對於使用化學光學 pH 感測器進行測量，將 10 L 含有 pH 敏感和 pH 不敏感熒光團的溶液滴入 96 孔圓底聚苯乙烯板（Greiner，Germany）的每個孔中。

如此建立的感測器的最終層厚度約為 5 m。

透過應用在 492 nm 處具有最大透射率的激發濾光片來測量 pH 敏感指示劑熒光團的熒光強度。

在透過最大透射率為 538 nm 的濾光片後測量發射的熒光。

對於 pH 不敏感的參考熒光團，使用了 544 nm / 590 nm 濾光片的組合。

海峽。

嗜熱菌

和

Lc。

乳酸菌

（Danisco，德國）用於牛奶發酵實驗。

它們被冷凍乾燥並儲存在- 20°C。

將兩種菌株的等分培養物（0。5 g、0。1 g、0。02 g）分別加入 100 mL 滅菌的磷酸鹽緩衝溶液中。

將這些接種物的 1。2 mL 分別放入 200 mL 牛奶培養基（超高溫滅菌的均質牛奶，0。3% 脂肪，Mibell，Germany）中。

在 30 ± 0。1 °C 和 37 ± 0。1 °C 下進行測量。

每個光學感測器實驗在熒光閱讀器（BMG Fluostar，BMG Labtechnologies，德國）中平行進行 8 倍。

對於每次測量，每孔使用 200 L 液體。

微量滴定板中的 pH 值也使用帶有 pH 微型電極 （Mettler Toledo Inlab 423， Mettler Toledo， Switzerland） 的 pH 計 （Mettler Toledo MP220， Mettler Toledo， Switzerland） 測量。

使用 CINAC 系統 （Ysebaert， Frepillon， France） 進行了比較實驗。

該系統使用 16 個 pH 電極。

對於這些測量，將 200 mL 玻璃瓶完全裝滿培養基，不留任何氣相。

它們在整個實驗過程中保持關閉。

為了獲得初始校準曲線，使用了含有 90% 牛奶的校準溶液。

透過將 18 mL 牛奶與 2 mL 不同濃度的 HCl 和 NaOH 溶液混合獲得溶液。

每 10 分鐘進行一次測量，持續 24 小時。

為了獲得初始校準曲線，使用了含有 90% 牛奶的校準溶液。

透過將 18 mL 牛奶與 2 mL 不同濃度的 HCl 和 NaOH 溶液混合獲得溶液。

每 10 分鐘進行一次測量，持續 24 小時。

為了獲得初始校準曲線，使用了含有 90% 牛奶的校準溶液。

透過將 18 mL 牛奶與 2 mL 不同濃度的 HCl 和 NaOH 溶液混合獲得溶液。

每 10 分鐘進行一次測量，持續 24 小時。

牛奶發酵的特點

感測器材料的校準曲線如圖 1 所示。使用牛奶並用酸或鹼調節 pH 值，得到的曲線與使用相同離子強度的緩衝溶液的校準曲線有顯著差異。

這樣可以檢查由牛奶的光學特性引起的干擾。

與 CINAC 系統的比較測量是在氧氣排除下進行的，並且測量容器沒有移動。

在微量滴定板中，牛奶始終暴露在空氣中，並且板在熒光讀數器中移動。

因此，使用 pH 電極在板中進行額外的離線測量。

對於 pH 感應微量滴定板的實驗，兩種Str

的凍幹接種物。

嗜熱菌

和

Lc。

乳酸菌

在 30°C 和 37°C 的滅菌牛奶中培養。

根據 I

rel

的測量值，使用圖 1 中顯示的兩條校準曲線中的任何一條計算 pH 值。牛奶校準只能用於對應於 I

rel的高於 5 的 pH 值

> 0。56（圖 2 頂部）。

對於發酵的前 3 到 4 小時，這樣計算的 pH 值與 pH 電極離線測量的值非常接近。

CINAC 系統的結果趨向於在微量滴定板中使用 pH 電極獲得的結果，並表明暴露於空氣和板的移動不會影響發酵過程。

使用緩衝液校準曲線可以對整個測量值進行 pH 估計，如圖 2 的下圖所示。最初，光學估計的值遠高於電極值，但在大約 4-10 小時的發酵過程中相當好時間。

CINAC 系統的參考測量值與光學線上感測器訊號相似，並且接種量和培養物之間的差異也顯示出相似的時間程序。

然而，使用 CINAC 系統無法像光學測量那樣檢測到最小值。

發酵在 37 °C 下進行，但其他相同的條件給出了與 30 °C 相似的結果。

成長越慢

海峽。

thermophilus

給出了不同的曲線（結果未顯示）。

結果表明，可以使用 pH 測量板比較不同接種培養物的發酵能力。

結論

帶有整合化學光學感測器（光極）的微量滴定板允許同時測量 96 種培養物。

儘管存在一些干擾，但在發酵過程中獲得的訊號對於區分不同活性的發酵劑培養物很有用。

還有具有不同發酵特性的菌株，如

Lc。

乳酸菌

和

Str。

thermophilus

， 顯示不同形狀的 pH 感測器訊號 I

rel

。

與已建立的方法相比，這種新系統的主要優點是其簡單性、可以使用 96 孔微量滴定板並行測量大量樣品以及極大地減少工作量。

帶有整合化學光學感測器的微量滴定板是一種很有前途的測試和研究方法，其中需要篩選大量樣品。

今天，一種改進的 pH 感測器板 （HydroPlate） 具有光學隔離和對牛奶成分的交叉敏感性較低，已廣泛用於此類應用和類似應用。