本文聚焦酵母工艺开发过程中常见的培养条件筛选效率、过程信息连续性以及细胞计数准确性问题，介绍了贝克曼库尔特（Beckman Coulter）两款仪器在不同数据层级中的应用价值：BioLector 微型生物反应器用于小体积、高通量、在线监测的培养条件筛选；Multisizer 4e 库尔特计数器基于库尔特原理，用于酵母细胞的单细胞计数与体积分布分析。文章结合实验示例说明，这两类数据在酵母工艺开发中具有互补意义，可分别支持培养过程理解和细胞群体结构表征，但不构成相互替代关系。

1. 酵母工艺开发中的共性挑战

酵母因培养条件相对成熟、遗传背景清晰、表达体系稳定，被广泛应用于基础研究及工业生物技术领域。在实际的酵母工艺开发过程中，研究人员通常需要在较短时间内比较多种培养参数，并判断其对生长和表达过程的影响。

常见挑战包括：

• 为测定 pH、OD 等参数需要频繁取样，增加操作风险
• 离线检测只能反映单一时间点，难以描述完整培养过程
• 出芽或形态不规则酵母影响基于光学散射的计数稳定性
• 多变量条件组合测试耗时较长

这些问题分别涉及培养过程层面数据与单细胞层面数据，通常需要不同技术手段加以补充。

2. BioLector 微型生物反应器在培养条件筛选中的作用

BioLector 微型生物反应器 是贝克曼库尔特（Beckman Coulter）提供的一款桌面型高通量培养系统，主要用于微生物与酵母工艺开发阶段的培养条件筛选。系统采用 FlowerPlate® 微孔板，在毫升级体积下实现多参数的在线监测。

在培养过程中，BioLector 可连续记录：

• 生物量变化
• pH
• 溶氧（DO）
• 荧光信号（如 GFP）
• 振荡转速

所有数据均在培养过程中自动采集，无需中断振荡或人工取样。

实验示例：不同 pH 条件对酵母蛋白表达的比较

在以表达 GFP 的 Hansenula polymorpha 为模型的实验中，研究人员利用 BioLector 微型生物反应器的 32 孔 FlowerPlate 微孔板，在 pH 4.0–6.5 区间内设置多个平行培养条件。

通过对 GFP 荧光信号与 pH 的在线监测，可以比较不同 pH 条件下的表达启动时间与表达速率，并进一步计算时空产率（STY）。实验结果显示，在该特定实验体系中，较低 pH 条件对应更早的表达启动；在 pH 4.0 条件下测得的 STY 相对更高。

上述结果用于展示 BioLector 在同一实验批次中比较不同培养条件的能力，不用于推导 pH 与所有酵母蛋白表达之间的普适因果关系。

* 计算汉逊酵母在不同pH值培养条件下所达到的GFP时空产率（STY）

** Space-time-yield (STY) ：时空产率，指单位培养体积、单位时间内产物的生成量（通常单位为g·L⁻¹·h⁻¹或mg·L⁻¹·h⁻¹），是评估生物工艺效率的关键参数。

3. Multisizer 4e 库尔特计数器在单细胞表征中的作用

除培养过程参数外，酵母群体内部的细胞大小和体积分布也是理解培养状态的重要信息。

Multisizer 4e 库尔特计数器 由贝克曼库尔特（Beckman Coulter）提供，基于经典的库尔特原理，对单个细胞进行体积测量和计数。

库尔特原理简述

• 细胞通过微小孔径时引起电阻变化
• 脉冲数量反映细胞计数
• 脉冲幅度与细胞体积成正比

该方法不依赖光学信号，因此在分析出芽酵母或形态不规则细胞时，仍可获得稳定的计数和体积分布结果。

结合 Multisizer 4e 的 数字脉冲处理（DPP）技术，研究人员可以回溯分析单个脉冲信号，生成高分辨率的体积分布直方图，用于描述酵母群体的结构特征与异质性。

Multisizer 4e的DPP技术可回溯分析特定脉冲区间，上图为脉冲高度vs宽度散点图；下图为对应的粒径分布直方图，展现酵母群体的异质（样品中酵母细胞的粒径分布（直径，μm））

4. 数据层级互补：BioLector × Multisizer 4e

在酵母工艺开发过程中，两款贝克曼库尔特仪器关注的信息层级不同：

• BioLector 微型生物反应器：培养过程层面的在线、动态监测数据
• Multisizer 4e 库尔特计数器：单细胞层面的计数与体积分布数据

二者可在同一工艺开发流程中提供互补信息，用于支持培养条件比较、过程理解和群体结构分析，但并不构成相互替代。

FAQ

Q1：BioLector 微型生物反应器是否适用于酵母工艺开发？

是的。BioLector 常用于酵母等微生物工艺开发阶段的高通量培养条件筛选，并支持多参数在线监测。

Q2：BioLector 能否直接给出酵母细胞数量？

不能。BioLector 主要用于监测生物量变化趋势和过程参数，不基于体积或电阻法进行单细胞计数。

Q3：Multisizer 4e 库尔特计数器适合分析出芽酵母吗？

适合。Multisizer 4e 基于库尔特原理，不依赖光学散射信号，对出芽或形态不规则酵母具有较好的计数稳定性。

Q4：Multisizer 4e 是否可以替代 BioLector 进行培养过程监测？

不能。Multisizer 4e 提供的是离线单细胞计数和体积分布信息，而 BioLector 提供的是培养过程中的在线监测数据，两者功能侧重不同。

Q5：BioLector 与 Multisizer 4e 是否必须联合使用？

不是必须。但在酵母工艺开发中，两者分别提供过程级和单细胞级数据，联合使用有助于获得更全面的信息。