基于近紅外光譜檢測(cè)的微生物發(fā)酵監(jiān)測(cè)與建模.pdf

1、發(fā)酵工程在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，對(duì)發(fā)酵過程控制與優(yōu)化的研究也越來越受到人們的關(guān)注。對(duì)發(fā)酵過程重要參數(shù)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)是實(shí)現(xiàn)發(fā)酵過程控制與優(yōu)化的重要前提，但目前在發(fā)酵過程中只有溫度和pH等少數(shù)參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，對(duì)于生物量變化，底物濃度等發(fā)酵過程的關(guān)鍵參數(shù)主要還是通過離線方法進(jìn)行分析，這嚴(yán)重限制了發(fā)酵過程控制與優(yōu)化水平的提高。近紅外光譜技術(shù)以其分析速度快，測(cè)量方式多樣化，無需樣品預(yù)處理等優(yōu)點(diǎn)在發(fā)酵過程重要參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)中具有很大的應(yīng)

2、用潛力。為解決發(fā)酵過程關(guān)鍵參數(shù)監(jiān)測(cè)中離線檢測(cè)方法費(fèi)時(shí)、費(fèi)力并可能具有較大人工檢測(cè)誤差等缺陷，本文對(duì)兩種發(fā)酵體系進(jìn)行了基于近紅外光譜技術(shù)的過程關(guān)鍵參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)研究。
　　本研究針對(duì)1,3-丙二醇發(fā)酵體系，對(duì)其底物甘油和目標(biāo)產(chǎn)物1,3-丙二醇的單組份溶液進(jìn)行了近紅外光譜分析與定量模型的建立。針對(duì)該發(fā)酵過程的特性，設(shè)計(jì)并搭建了基于近紅外光譜技術(shù)的在線監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)并進(jìn)行發(fā)酵實(shí)驗(yàn)。對(duì)采集到的光譜數(shù)據(jù)使用多種光譜預(yù)處理方法進(jìn)行分析處理，并應(yīng)

3、用偏最小二乘算法建立并優(yōu)化了1,3-丙二醇發(fā)酵過程生物量在線監(jiān)測(cè)模型和底物甘油濃度在線監(jiān)測(cè)模型。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，所建立的生物量在線監(jiān)測(cè)模型和底物甘油濃度在線監(jiān)測(cè)模型的預(yù)測(cè)均方根誤差分別為0.3416(OD)和2.3334g/L，證明了所建立的模型可以用于實(shí)際1,3-丙二醇發(fā)酵過程生物量和底物甘油濃度的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。針對(duì)乙醇發(fā)酵體系，使用近紅外光譜技術(shù)對(duì)其底物葡萄糖和主產(chǎn)物乙醇的單組份溶液進(jìn)行了光譜分析與定量模型的建立。根據(jù)乙醇發(fā)酵體系的代

4、謝特性，設(shè)計(jì)并搭建了基于近紅外光譜技術(shù)的發(fā)酵過程在線監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，展開實(shí)驗(yàn)并在線測(cè)量發(fā)酵過程近紅外光譜數(shù)據(jù)。在應(yīng)用近紅外光譜技術(shù)對(duì)1，3-丙二醇發(fā)酵過程進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)的研究基礎(chǔ)上，通過對(duì)乙醇發(fā)酵過程近紅外光譜數(shù)據(jù)的分析與處理，并結(jié)合偏最小二乘算法建立了基于近紅外光譜技術(shù)的乙醇發(fā)酵過程生物量在線監(jiān)測(cè)模型、目標(biāo)產(chǎn)物乙醇濃度在線監(jiān)測(cè)模型和底物葡萄糖濃度在線監(jiān)測(cè)模型。對(duì)所建立的模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，生物量模型、乙醇濃度模型和葡萄糖濃度模型的預(yù)測(cè)均方根