近红外
协助生物发酵制药过程
近红外应用
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介绍
抗生素是制药工业中最重要的产品之一，而生物发酵技术是抗生素的主要生产方法。生物发酵制药是利用微生物发酵对药物进行制备生产。目前可以利用发酵工程进行生产的药物原料主要是维生素、激素、抗生素和其他生物分子，根据不同发酵类型可分为微生物菌体发酵、维生素酶发酵、代谢产物发酵、生物工程菌发酵，主要生产的药物则是抗生素类药物、核苷酸药物、氨基酸类药物、激素类药物、维生素类药物等。
作为有着悠久历史的中药，其资源异常丰富，在传统生产中也借助发酵这一技术。中药发酵将药食同源的中药材进行萃取提纯，再与优选的益生菌菌群进行厌氧发酵，在合适的条件下，对中药中的有效成分进行转化，将大分子中药经过微生物的作用转化为能够被人体肠道直接吸收的小分子成分，使其药效能更快速地作用于患者。尽管中药非常早期地利用了发酵方法，但其复杂的过程和较为主观的控制手段使得药物质量难以得到有效保证。随着现代生物发酵制药技术在国内逐步发展，传统中药的生产也渐渐迈开现代化的步伐。目前利用现代生物技术可以高效稳定地生产中药。
不过无论是哪种生物发酵制药技术，都需要对反应过程进行监控，确保微生物在合适的环境中进行反应。这其中不乏对发酵过程中稳定、压力、湿度、酸碱等条件进行定期监测，还有一项重要指标能够反映当前发酵进行的程度，那就是效价。效价是微生物发酵生产的某种活性物质的含量或活性程度，通常随着发酵时间而增加。通过测定当前发酵液中的效价可以辅助判断发酵过程和其中主产物的浓度，因此需要定期频繁地测定发酵液中的效价。常规检测手段就是取样进行色谱分离，通过相关物质的峰面积等效得出当前效价，也可通过公式进一步换算成具体的活性浓度。虽然色谱检测的方法相对准确，但重复批量的检测依旧会带来不小的工作压力。
近红外光谱分析通过无损快速扫描发酵的光谱信息，借助化学计量学方法，就能在数十秒内检测出样品的效价含量，由于近红外是检测样品分子中氢键的倍频和合频振动吸收信息，多数有机物含量以及水分和 pH 也可同时测定。下面介绍的一个案例就是测量发酵液中的效价含量，采用的是 BUCHI NIRFlex N-500 的标准固体测量池搭配透反射盖，实现对发酵液体的光谱扫描。所有检测样品在实验前只经过简单过滤去除杂质。
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实验条件
检测波长 4000-10000cm-1，分辨率 8cm-1，扫描次数 32 次，每个样品测量三次，共计 171 个样品，其近红外光谱图如下所示。
▲ 发酵液近红外光谱图
由于效价是根据色谱出峰的峰面积表示，而峰面积数值较大，建模时对其数据大小进行转换，所建模型的效果如下所示。
▲ 发酵液效价参考值（横坐标）与预测值（纵坐标）分布散点图
发酵液效价模型范围为 1.06 至 64.91，SEC 和 SEP 分别为 1.5 和 1.8，说明该模型能够对发酵液的效价进行快速准确的测定。
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结论
▲ 步琦傅里叶近红外光谱仪 NIRFlex N-500
上述案例中使用的是步琦一款采用偏振干涉的傅立叶变换型的近红外光谱仪，相较经典的傅立叶光谱仪，具有更小巧的造型和更强大的抗震动能力。模块化的测量池可以随时随地方便更换，满足各种形态样品的检测需求。双灯构造及满足多国药典和审计追踪要求的配套软件，为工业生产分析提供便利的解决方案。如果有近红外检测需求，欢迎通过以下方式与我们取得联系。
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