生物工程学报

作者：徐俊辰，潘星如，季雯艳，刘豪，方之颖，陈敏

单位：浙江工商大学 食品与生物工程学院，浙江 杭州 310018

关键词：近红外光谱技术;在位监测;生物量;间隔偏最小二乘法;因子数选择

基金：校企合作研发项目(2023330101001582)；浙江省“十四五”省级大学生校外实践基地建设项目(浙教办函[2023] 41号)

生物量(biomass)是微生物高密度发酵过程中必须监控的关键指标之一，常用细胞光密度(optical density, OD)来测定。相较于传统的取样离线检测，实时在位监测技术具有无损、反馈快速和污染减少等优点，能够有效调控和优化发酵过程。为实现发酵过程中关键指标的实时反馈，本研究构建了一个基于漫反射近红外光谱仪的在位监测平台，用于虾青素的高密度发酵过程中生物量的监测。通过实施光谱异常值剔除、比较不同的光谱预处理方法以及间隔偏最小二乘法(interval partial least squares, i-PLS)光谱波段分析，结果表明在1 417-1 650 nm波长范围内存在虾青素发酵生物量的特征波段。在此波段基础上建立的生物量动态预测模型交互验证决定系数(determination coefficient of cross validation, R_cv²)和交叉验证均方根误差(root mean square error of cross validation, RMSECV)分别为0.973和9.32。经过3批次发酵的外部验证表明采用i-PLS方法建立的生物量模型在细胞光密度(OD₆₀₀) 2.46-180.50范围内进行监测，OD平均绝对误差(mean absolute error, MAE)为6.28，展现出较高的预测准确性和稳定性。这表明该模型在虾青素高密度发酵过程生物量监测中具有应用前景。

来源：2026年第2期

《生物工程学报》期刊编辑部

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