[发明专利]一种利用近红外光谱在线分析丁二酸发酵液的方法

说明书

技术领域

本发明属于发酵工程领域，特别涉及一种利用近红外光谱在线分析丁二酸发酵液的方法。

背景技术

丁二酸是生物炼制产品工程中重要的C4平台化合物，不仅在食品、医药、化工、材料等领域有着广泛的用途，还可用于合成1,4-丁二醇，四氢呋喃，γ-丁内酯，N-甲基吡咯烷酮等大宗化学品以及PBS类生物可降解聚酯。微生物发酵法制备丁二酸以可再生生物质资源为原料，并可实现温室气体CO₂的固定，整个生产工艺过程具有绿色、能耗低、原子经济性高、废弃物少等优点，社会效益、环境效益显著。目前，在丁二酸发酵过程中，发酵液中细胞量采用离线取样后经过离心、烘干等步骤测定细胞干重，操作费时；发酵液中的葡萄糖、乙酸、丁二酸等通过离线取样后经过稀释、离心后去上清夜通过液相色谱仪测定，操作繁琐、费时。而在丁二酸发酵过程中，通常需要补糖，好氧-厌氧两阶段培养等操作，需要及时了解发酵液中的实时信息，然而目前采用的方法不利于发酵过程控制。近红外光谱（NIR）检测技术，具有分析速度快、效率高、成本低、对样品无损检测、可以多组分同时测定等优点，在食品、农业、石油化工等领域得到了广泛应用。但目前未见用于在线测定丁二酸发酵液的技术方案，有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种简单、快捷又可靠的丁二酸发酵液检测方法，利用近红外光谱技术测定在线测定丁二酸发酵液中细胞量、底物、产物等含量，有利于对发酵过程进行控制，从而实现在线快速测定丁二酸发酵液成分的目的。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用近红外光谱在线分析丁二酸发酵液的方法，包括如下步骤：

（1）微生物培养发酵丁二酸；

（2）在线收集微生物不同培养时间的近红外图谱；收集近红外图谱的同时取样，测定细胞干重、各中间产物和/或终产物的含量；

（3）对近红外光谱图进行预处理，并采用化学计量学方法分别建立细胞干重、葡萄糖和丁二酸模型，并结合起来形成总标准模型；

（4）将待测样品的近红外谱图代入总标准模型中得到待测样品的发酵液成分信息。

其中，所述近红外图谱采用12,000–4,000的波长范围扫描。

其中，所述步骤2中，近红外图谱的收集和取样次数不低于30次，优选30-60次，更优选在在不同培养阶段均匀采集。

其中，所述步骤2中，中间产物和/或终产物包括却不限于葡萄糖、丙酮酸、丁二酸、甲酸、乙酸、木糖、阿拉伯糖。

其中，所述步骤3的预处理为对近红外光谱数据进行包括却不限于一阶微分和/或小波去噪。

其中，所述步骤3中所述的化学计量学方法包括但不限于偏最小二乘、人工神经网络和支持向量回归。

本发明所述化学计量学方法为本领域技术人员所理解和掌握，本发明优选采用现有的多变量化学计量学分析软件The Unscrambler V9.8来实现。

此外，本发明所述的方法中，对步骤1中微生物的培养过程不作特别限定，本领域技术人员知道，本发明是针对发酵培养过程中对发酵液进行分析的技术方案，因此，理论上任意培养过程都可以通过本发明来实现检测发酵液成分从而控制发酵过程的目的。进一步地，本发明优选适用于丁二酸的发酵过程。

采用上述技术方案，本发明可以在线分析丁二酸发酵液中的成分含量，本方法快速，准确性高，重复性好，操作简便。

具体实施方式

以下所述实施例对本发明作了详细说明，但对本发明没有限制。

实施例1

（1）微生物培养

菌种：E.coli BA103（CCTCC2012032)。

斜面培养基：LB培养基加氨苄青霉素、氯霉素、卡拉霉素各50μg/mL。

种子培养基：LB培养基加氨苄青霉素、氯霉素、卡拉霉素各50μg/mL。

发酵培养基：葡萄糖100g/L，酵母膏10g/L，蛋白胨10g/L，MnCl₂0.05g/L，FeCl₂0.05g/L，CaCl₂0.05g/L，K₂HPO₄2.0g/L，MgCO₃80g/L，pH7.0。灭菌后加加氨苄青霉素、氯霉素、卡拉霉素各50μg/mL。