【瑞士步琦】在线近红外监测生物发酵过程

简介

合成生物学作为一门新兴的前沿科学，正在不断推动传统工业和生物技术的边界。特别是在发酵工程领域，合成生物学不仅为我们提供了改造微生物的新工具，还深刻影响了我们对生物生产过程的理解和控制。

合成生物学通过设计和构建新的生物系统和生物部件，为微生物的改造和优化提供了强有力的工具。这些优化的微生物可以更高效地转化原料，提高特定目标产物的产率，从而在工业上具有巨大的应用潜力。

基因编辑技术：

利用 CRISPR-Cas9 等基因编辑技术，科学家们可以精确调控微生物中的特定基因，增强或抑制某些代谢途径，从而提高特定产品的产量，或是降低有害副产物的生成。

代谢工程：

通过代谢工程，可以重新设计微生物的代谢路径，使其能够高效利用各种原料并产生所需的代谢产物。这种方法不仅提高了生产效率，还可以帮助开发新的生物制品。

微生物共培养系统：

合成生物学还可以用来构建微生物共培养系统，其中不同的微生物株可以相互补充，优化整个发酵过程的效率和产物的质量。

无论是传统发酵工程还是借助合成生物学开展的新型发酵，其本质都是使用微生物来生产有用的化学品，如药物、食品添加剂和能源等。在这一过程中，监测各种关键参数，如有机酸的产生、葡萄糖的消耗，以及细胞的生长状态是至关重要的。经典的高效液相色谱等精密仪器在分析代谢产物方面显示出非常高的准确性。但受制于检测速度，无法及时掌握发酵过程中微生物的状态。因此利用生物传感器实时监测关键代谢物的浓度，可以实时调整培养条件，优化生产过程。在线近红外利用反应中有机物与近红外光的相互作用，实现对多个指标的同时监测。

相关仪器

BUCHI NIR-Online^® 在线近红外光谱仪主机探头为固定光栅结构，内部无可移动部件，检测速度快，适用于各种工业现场在线监测。通过法兰将其固定在发酵罐上，实现对发酵过程的实时监控。

实验内容

收集两批生物发酵反应时样品中的多种有机酸、葡萄糖、pH 及 OD 值含量，每批实验在固定时间间隔取样测量，结合取样时的近红外光谱建立相应模型，其化学值与近红外预测值的分布图如下：

结论

通过以上模型效果图不难发现，在线近红外对于发酵过程中的多种有机酸以及葡萄糖、pH 和能够反应微生物密度的 OD 值等多个指标都有较好的线性关系，说明 BUCHI 在线近红外能够在生物发酵过程中实时反映多种指标的结果，从而帮助企业及时调整工艺参数，优化发酵过程。