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引言

近红外光谱技术是一种基于分子振动光谱的检测方法，可对物质进行定性和定量分析。氨基酸发酵过程复杂，细胞会随时通过调整自身代谢方式来适应不同发酵环境条件，造成变量较多且变化速率快。为了提高发酵过程分析和控制水平，提高产品产率和转化率，建立一个稳定可靠的氨基酸发酵过程模型，实现实时监测发酵过程中各参数的浓度是十分必要的。近红外光谱技术作为一种快速准确的分析技术已被广泛应用于食品、医药等多个领域。

近红外光谱技术的特点

近红外光谱技术在近些年来被广泛应用在发酵生产中，并以其高效、快速的特质成为在线分析的强有力工具。该技术有以下几点优越性：

(1)无需预处理： 由于近红外光的特性，可以较强的穿透和漫反射不同特性样品，因此该种测量方式并不局限于某种特定状态，仅仅改变相应的载样器配件就可以对相应的样品物态进行测量。

(2)处理分析能力快速： 因以上第一点特质，样品无需提前预处理，进而可以使得该技术可以在极短的时间内完成测量，并可以通过已经建立好的定性模型和定量模型迅速检测到样品中未知的化学成分。

(3)工作效率高： 该技术可以同时对多种物理化学性质进行测量。通过对较有代表性的样品建立多种成分的校正模型后，就可以对未知的光谱样品进行实质测量，这样就可以实现同时测定并分析多种成分和性质的未知样品。

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(4)测量过程无损伤性：由于样品在近红外光谱测量前通常不需要化学试剂或特殊制样进行预处理，并不会改变样品的原有性质，在样品测量的过程中也不会改变其原有机理，这一重要特点可以使该项技术在相关领域的应用上越来越宽广。

(5)环保性强： 在该项技术进程中，因测量样品无需化学药品的消耗，样品本身也不会存在缺失的情况，仪器消耗品极少，其维护量也较少，进而降低了测量样品的成本处理费用，也不会造成化学污染排放，可以称之为一种新型绿色环保的技术。

(6)稳定性强： 该技术大大降低了人为因素的干扰机率，并且与传统的测量方法相比，近红外光谱测量法具有相对稳定的特质。

(7)非接触大光斑检测： 该项技术采用非接触的方式监测，这样在生产的过程样品进行分析时，近红外分析仪器不接触发酵罐。这样可以杜绝染菌的风险，也可以降低发酵液中气泡和杂质对在线监测的干扰。

近红外在氨基酸发酵中的监测

以近红外光谱技术测定的氨基酸发酵过程中物质浓度模型为基础，可以结合代谢网络定量分析结果，分析菌体生长、产物合成和基质消耗的动力学特征，以温度、pH值、搅拌转速及溶解氧浓度等环境变量为状态变量，以底物、重要中间代谢物及目标产物等生化指标变量为证据变量，基于合适时间单元对不确定性、非线性的发酵过程进行实时建模。为了更好的检测氨基酸发酵过程中的底物消耗、产物积累等数据，可以逐步建立和调整获得最优化的氨基酸发酵过程参数模型数据库。

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3.1. 菌体浓度（OD）监测

在发酵过程中，需要对发酵液的不同阶段的菌体浓度进行实时监测，以确保发酵过程的顺利进行。近红外光谱技术可以快速、准确地监测发酵液中的菌体浓度。在监测过程中，需要选择合适的测量点，如发酵罐的不同位置，以确保监测数据的准确性和代表性。同时，还需要根据具体发酵过程设置合理的测量周期，以便及时掌握发酵过程的变化情况。

3.2. 氨基酸浓度测量

氨基酸是发酵过程的重要产物，对于其浓度的准确测量对于整个发酵过程具有重要的指导意义。近红外光谱技术对氨基酸发酵过程中的氨基酸浓度进行实时监测，为优化发酵过程提供了科学依据，有助于推动氨基酸产业的可持续发展。

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3.3. 介质参数测量

氨基酸发酵过程中，介质参数的变化也会对发酵过程和最终产品产生重要影响。常见的介质参数包括华体会体育最新地址中的营养成分、发酵液的成分等。在线近红外可以监测糖浓度以及氨氮浓度。近红外光谱技术需要建立起相应的校正模型，以提高测量数据的精确度。

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3.4. 发酵动力学研究

发酵动力学是研究发酵过程中各参数变化规律的科学，对于优化发酵过程和提高产品产率具有重要意义。通过对发酵过程中各参数的实时监测，可以建立起相应的发酵动力学模型，以便更好地了解和控制发酵过程。同时，还可以利用近红外光谱技术对细胞生长和代谢进行研究，进一步深入了解发酵过程的内在机制。

3.5. 过程控制与优化

在氨基酸发酵过程中，过程控制与优化对于提高产品产率和转化率非常重要。近红外光谱技术可以对发酵过程进行实时监测，及时发现和解决潜在问题，避免产生不良影响。近红外光谱技术可以对发酵液中的多个参数进行实时监测，包括糖浓度、菌体浓度、氨氮浓度和氨基酸浓度等，这些参数是氨基酸发酵过程中的关键控制点。通过对这些参数的监测，可以及时发现发酵过程中可能出现的问题，从而采取相应的措施解决问题，避免对最终产品产生不良影响。

同时，通过近红外光谱技术获取的大量数据可以用于建立更加精确的数学模型，对发酵过程进行更加精细的控制和优化。此种方法还能够推断出发酵过程的潜在变化规律和发展趋势，为优化工艺条件提供科学依据。

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展望

总结起来，近红外光谱技术在氨基酸发酵过程中具有广泛的应用价值。通过对待测物质进行适当的预处理，将样品制成合适的溶液或干粉，再利用近红外光谱仪进行测量，可以实现对发酵过程的实时监测、氨基酸浓度的准确测量、副产物和介质参数的有效检测以及发酵动力学的研究等多方面应用。这一技术的引入不仅提高了氨基酸发酵过程的分析和控制水平，还为优化工艺条件提供了强有力的支持，推动了氨基酸产业的可持续发展。