近紅外
協(xié)助生物發(fā)酵制藥過程
近紅外應(yīng)用
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介紹
抗生素是制藥工業(yè)中最重要的產(chǎn)品之一，而生物發(fā)酵技術(shù)是抗生素的主要生產(chǎn)方法。生物發(fā)酵制藥是利用微生物發(fā)酵對藥物進(jìn)行制備生產(chǎn)。目前可以利用發(fā)酵工程進(jìn)行生產(chǎn)的藥物原料主要是維生素、激素、抗生素和其他生物分子，根據(jù)不同發(fā)酵類型可分為微生物菌體發(fā)酵、維生素酶發(fā)酵、代謝產(chǎn)物發(fā)酵、生物工程菌發(fā)酵，主要生產(chǎn)的藥物則是抗生素類藥物、核苷酸藥物、氨基酸類藥物、激素類藥物、維生素類藥物等。
作為有著悠久歷史的中藥，其資源異常豐富，在傳統(tǒng)生產(chǎn)中也借助發(fā)酵這一技術(shù)。中藥發(fā)酵將藥食同源的中藥材進(jìn)行萃取提純，再與優(yōu)選的益生菌菌群進(jìn)行厭氧發(fā)酵，在合適的條件下，對中藥中的有效成分進(jìn)行轉(zhuǎn)化，將大分子中藥經(jīng)過微生物的作用轉(zhuǎn)化為能夠被人體腸道直接吸收的小分子成分，使其藥效能更快速地作用于患者。盡管中藥非常早期地利用了發(fā)酵方法，但其復(fù)雜的過程和較為主觀的控制手段使得藥物質(zhì)量難以得到有效保證。隨著現(xiàn)代生物發(fā)酵制藥技術(shù)在國內(nèi)逐步發(fā)展，傳統(tǒng)中藥的生產(chǎn)也漸漸邁開現(xiàn)代化的步伐。目前利用現(xiàn)代生物技術(shù)可以高效穩(wěn)定地生產(chǎn)中藥。
不過無論是哪種生物發(fā)酵制藥技術(shù)，都需要對反應(yīng)過程進(jìn)行監(jiān)控，確保微生物在合適的環(huán)境中進(jìn)行反應(yīng)。這其中不乏對發(fā)酵過程中穩(wěn)定、壓力、濕度、酸堿等條件進(jìn)行定期監(jiān)測，還有一項重要指標(biāo)能夠反映當(dāng)前發(fā)酵進(jìn)行的程度，那就是效價。效價是微生物發(fā)酵生產(chǎn)的某種活性物質(zhì)的含量或活性程度，通常隨著發(fā)酵時間而增加。通過測定當(dāng)前發(fā)酵液中的效價可以輔助判斷發(fā)酵過程和其中主產(chǎn)物的濃度，因此需要定期頻繁地測定發(fā)酵液中的效價。常規(guī)檢測手段就是取樣進(jìn)行色譜分離，通過相關(guān)物質(zhì)的峰面積等效得出當(dāng)前效價，也可通過公式進(jìn)一步換算成具體的活性濃度。雖然色譜檢測的方法相對準(zhǔn)確，但重復(fù)批量的檢測依舊會帶來不小的工作壓力。
近紅外光譜分析通過無損快速掃描發(fā)酵的光譜信息，借助化學(xué)計量學(xué)方法，就能在數(shù)十秒內(nèi)檢測出樣品的效價含量，由于近紅外是檢測樣品分子中氫鍵的倍頻和合頻振動吸收信息，多數(shù)有機物含量以及水分和 pH 也可同時測定。下面介紹的一個案例就是測量發(fā)酵液中的效價含量，采用的是 BUCHI NIRFlex N-500 的標(biāo)準(zhǔn)固體測量池搭配透反射蓋，實現(xiàn)對發(fā)酵液體的光譜掃描。所有檢測樣品在實驗前只經(jīng)過簡單過濾去除雜質(zhì)。
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實驗條件
檢測波長 4000-10000cm-1，分辨率 8cm-1，掃描次數(shù) 32 次，每個樣品測量三次，共計 171 個樣品，其近紅外光譜圖如下所示。
▲ 發(fā)酵液近紅外光譜圖
由于效價是根據(jù)色譜出峰的峰面積表示，而峰面積數(shù)值較大，建模時對其數(shù)據(jù)大小進(jìn)行轉(zhuǎn)換，所建模型的效果如下所示。
▲ 發(fā)酵液效價參考值（橫坐標(biāo)）與預(yù)測值（縱坐標(biāo)）分布散點圖
發(fā)酵液效價模型范圍為 1.06 至 64.91，SEC 和 SEP 分別為 1.5 和 1.8，說明該模型能夠?qū)Πl(fā)酵液的效價進(jìn)行快速準(zhǔn)確的測定。
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結(jié)論
▲ 步琦傅里葉近紅外光譜儀 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葉變換型的近紅外光譜儀，相較經(jīng)典的傅立葉光譜儀，具有更小巧的造型和更強大的抗震動能力。模塊化的測量池可以隨時隨地方便更換，滿足各種形態(tài)樣品的檢測需求。雙燈構(gòu)造及滿足多國藥典和審計追蹤要求的配套軟件，為工業(yè)生產(chǎn)分析提供便利的解決方案。如果有近紅外檢測需求，歡迎通過以下方式與我們?nèi)〉寐?lián)系。
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