基于近红外光谱技术对葛藟发酵过程的研究与探讨

摘要

本文以葛藟发酵过程中的发酵液为研究对象，考察了毛细管柱气相色谱法测定葛藟发酵液中的酒精含量，改进和优化苯酚-硫酸法来测定葛藟发酵液中多糖的含量，建立使用于葛藟发酵液体系的多糖含量测定方法。结合葛藟发酵液酒精含量和多糖的含量变化，进一步研究了近红外光谱分析技术在葛藟发酵过程中的应用，探讨了光谱处理方法的和仪器参数、光谱区域范围选择对葛藟发酵液近红外光谱建模的影响及对其所建立的模型进行验证与研究。为实现发酵过程在线监控、快速检测提供一些理论数据支撑。
　　采用毛细管气相色谱法（Capillary Gas Chromatography）测定葛藟发酵液中乙醇的含量，由于乙醇是强极性和容易挥发的化学物质，我们对中极色谱柱和内标物进行了选择考察，最终选择HP-INOWAX毛细管柱和正丙醇做内标的检测方法，解决了分离度、峰型效果差和柱效低问题，从而来提高了分析结果的准确度和精密度。
　　优化苯酚-硫酸法（Phenol Sulfuric Acid Method）来测定葛藟发酵液中多糖的含量。本实验用醋酸铅对葛藟发酵液进行沉淀前处理，来解决样品色素干扰问题。对苯酚的用量、水浴温度和水浴时间考察来确定最佳测试条件。该方法在前人的研究基础上，建立用于葛藟发酵液中多糖含量的测定方法，为葛藟的多糖含量测定和葛藟后续研究工作提供理论数据。
　　通过透射光谱采集方法，探讨了不同光谱预处理方式、仪器参数设定、光谱区域范围选择对发酵液近红外模型建立的影响。结果表明，最佳模型的建立分别是分辨率为8cm-1和扫描次数为64次，通过合理选择光预处理方式和光谱区域选择，建立了葛藟发酵液中酒精和多糖的定量模型，较适合用于预测发酵液的未知样品。红外光谱原始图也反应出了葛藟发酵液中主要化学成分的光谱吸收峰与化学组分之间有线性关系。利用近红外光谱技术结合化学计量学的方法对原始光谱进行光谱处理和光谱区间选择与分析，通过比较一阶导数、二阶导数结合卷曲、平滑的光谱处理方法，发现采用F,D+N,D处理条件时，可以有效消除光的散射、杂散光以及仪器响应影响导致的近红外光谱的基线漂移和光谱的重复等问题。建立了酒精含量定性模型，利用判别分析方法对其葛藟发酵液进行发酵期与发酵稳定期判别分析，讨论了发酵过程酒精度与多糖的关系。对其葛藟酒精发酵液建立神经网络模型，讨论了多糖、酒精浓度、发酵温度、PH值、发酵环境湿度等参数对酒精发酵影响关系，结果表明多糖含量对酒精发酵影响最大，权重大于45％，影响大小为：多糖〉PH值〉发酵温度〉发酵环境湿度。以上研究和探讨的内容较适合用于预测发酵液的未知样品、快速测定发酵液中酒精和多糖的含量和判断发酵时期，为实施在线监控检测、发酵参数影响评价提供理论数据支撑。

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 近红外光谱分析技术概括

1.3近红外光谱技术在发酵过程领域的应用

1.4 技术路线图

第二章 气相色谱测定葛藟在发酵过程中的乙醇含量

2.1材料仪器与试剂

2.2 实验方法

2.3 结果与分析

2.3 讨论与总结

第三章 葛藟发酵液中多糖含量测定

3.1 实验仪器试剂

3.2 溶液的制备

3.3 样品及其前处理

3.4 实验方法

3.5 结果与讨论

3.6 总结与讨论

第四章 葛藟发酵过程中乙醇和多糖的定量模型建立

4.1 实验材料和方法

4.2 近红外定量模型影响结果分析

4.3发酵液样品的酒精含量和多糖含量的测定

4.4发酵液中有效成分近红外模型的建立

4.5发酵液中酒精含量模型建立

4.6 发酵液中多糖含量模型建立

4.7结果与讨论

第五章 利用近红外光谱技术对葛藟发酵过程的变化研究

5.1实验样品

5.2实验方法

5.3.结果与讨论

第六章 结论与展望

6.1. 结论

6.2 展望

参考文献

附录 研究生期间研究成果

致谢

声明

附录2 研究生期间实验图片