本文關(guān)鍵詞：微型近紅外光譜儀用于氨基葡萄糖關(guān)鍵生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量分析研究　出處：《山東大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：氨基葡萄糖(glucosamine,GlcN)是一種廣受歡迎的骨關(guān)節(jié)保健品,市場(chǎng)前景廣闊,目前主要生產(chǎn)方式包括甲殼類動(dòng)物外殼水解法、甲殼素酶解法和微生物發(fā)酵法。由于受到原材料供應(yīng)、價(jià)格、環(huán)保等諸多方面制約,微生物發(fā)酵法將逐漸取代其它兩種方法成為GlcN的主要生產(chǎn)法。微生物發(fā)酵法生產(chǎn)GlcN雖然具有諸多方面的優(yōu)勢(shì),但復(fù)雜度高、參數(shù)眾多的非線性動(dòng)態(tài)生產(chǎn)過(guò)程帶來(lái)了較高的分析檢測(cè)成本,這使得企業(yè)的利潤(rùn)被大大壓縮,并且傳統(tǒng)的分析檢測(cè)技術(shù)耗時(shí)較長(zhǎng),無(wú)法將檢測(cè)結(jié)果及時(shí)反饋給生產(chǎn)部門,影響產(chǎn)品的質(zhì)量特別是產(chǎn)品品質(zhì)的批間一致性。因此,將先進(jìn)的過(guò)程分析技術(shù)(Process Analytical Technological,PAT)引入到GlcN的生產(chǎn)過(guò)程中,借助快速、準(zhǔn)確、綠色、檢測(cè)成本低的PAT工具—近紅外光譜分析技術(shù)(Near Infrared Spectroscopy,NIRS),對(duì)實(shí)現(xiàn)GlcN關(guān)鍵生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量指標(biāo)快速檢測(cè)從而降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量有重要的研究意義。目前,NIRS經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展,已經(jīng)成為一個(gè)比較成熟、應(yīng)用廣泛的PAT工具,并且隨著科技的發(fā)展,近紅外光譜儀的種類已十分繁多,微型化、便攜化、低成本化成為儀器研發(fā)的潮流與趨勢(shì),在制藥過(guò)程中也有著越來(lái)越多的應(yīng)用。由于采用發(fā)酵法生產(chǎn)GlcN時(shí),直接得到GlcN產(chǎn)物時(shí)收率低,所以采用先發(fā)酵生產(chǎn)N-乙酰-D-氨基葡萄糖(N-acetyl-D-glucosamine,GlcNAc),然后脫乙酰得到目標(biāo)產(chǎn)品GlcN。因此,本研究首先對(duì)NIRS用于GlcNAc濃度測(cè)定的可行性進(jìn)行分析,然后將NIRS引入到關(guān)鍵生產(chǎn)過(guò)程—發(fā)酵過(guò)程和濃縮過(guò)程,探究NIRS在發(fā)酵法生產(chǎn)GlcN過(guò)程中應(yīng)用的可行性。本文具體內(nèi)容如下:(1)微型近紅外光譜儀用于發(fā)酵過(guò)程中GlcNAc濃度測(cè)定的可行性研究本研究分析了傅里葉變換近紅外光譜儀和微型近紅外光譜儀測(cè)定不同體系下GlcNAc濃度的可行性,對(duì)兩種儀器的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析,為下一步生產(chǎn)過(guò)程引入微型近紅外光譜儀奠定基礎(chǔ)。首先,以純水-GlcNAc體系為研究對(duì)象,實(shí)驗(yàn)室條件下配制得到濃度為4.00-160.00 g/L的GlcNAc水溶液樣品40個(gè),分別以FT-NIR光譜儀和Micro-NIR 1700型微型近紅外光譜儀采集光譜;然后,采用含量梯度法將40個(gè)樣品劃分得到校正集27個(gè)、驗(yàn)證集13個(gè)樣品,經(jīng)過(guò)預(yù)處理后建立用于GlcNAc濃度測(cè)定的偏最小二乘回歸(Partial Least Square Regression,PLSR)定量分析模型;最后,以Passing-Bablok回歸法對(duì)兩種近紅外光譜儀測(cè)定純水體系下GlcNAc濃度的準(zhǔn)確性進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果表明Micro-NIR 1700型微型近紅外光譜儀與FT-NIR光譜儀間的預(yù)測(cè)結(jié)果沒(méi)有顯著性差異。隨后,采用同樣的研究方法對(duì)NIRS,特別是微型近紅外光譜儀用于發(fā)酵液復(fù)雜體系下GlcNAc濃度測(cè)定的可行性進(jìn)行了分析,結(jié)果顯示NIRS可實(shí)現(xiàn)發(fā)酵液復(fù)雜體系下GlcNAc濃度的測(cè)定,并且Micro-NIR 1700型微型近紅外光譜儀與FT-NIR光譜儀間的預(yù)測(cè)結(jié)果沒(méi)有顯著性差異。(2)微型近紅外光譜儀用于發(fā)酵過(guò)程中GlcNAc濃度和光密度(Optical Density,OD)值的測(cè)定研究本研究將Micro-NIR 1700型微型近紅外光譜儀引入發(fā)酵過(guò)程中,探究NIRS測(cè)定發(fā)酵液中GlcNAc濃度和OD值的可行性。首先在正常生產(chǎn)條件下采集135個(gè)樣品,以高效液相色譜法(High Performance Liquid Chromatography,HPLC)測(cè)定GlcNAc濃度,分光光度法測(cè)定OD值;然后以90個(gè)樣品為校正集,45個(gè)樣品為驗(yàn)證集,分別建立起GlcNAc濃度和OD值的PLSR定量模型,并通過(guò)比較不同的數(shù)據(jù)集劃分方法、光譜預(yù)處理方法及變量選擇方法對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化,最終得到的GlcNAc濃度和OD值定量模型的Rc2、Rp2、RMSECV和RMSEP值分別為0.994、0.995、2.7927 g/L 和 1.9468 g/L 及 0.957、0.947、7.8032 和 7.1084。研究結(jié)果表明建立的模型擁有良好的預(yù)測(cè)能力,可以實(shí)現(xiàn)發(fā)酵過(guò)程中GlcNAc濃度和OD值的快速、同時(shí)測(cè)定。(3)微型近紅外光譜儀用于濃縮過(guò)程中GlcNAc含量的測(cè)定研究本研究將Micro-NIR 1700型微型近紅外光譜儀用于氨基葡萄糖濃縮過(guò)程中GlcNAc含量的測(cè)定,以實(shí)現(xiàn)濃縮過(guò)程中GlcNAc含量的快速測(cè)定及濃縮終點(diǎn)的判斷。首先在實(shí)驗(yàn)室條件下平行模擬兩批濃縮過(guò)程,從過(guò)程中取樣37個(gè),然后從正常生產(chǎn)過(guò)程中取樣13個(gè),總共采集樣品50個(gè)。接著以50個(gè)樣品建立起GlcNAc含量的定量分析模型,在建模過(guò)程中,分別對(duì)數(shù)據(jù)集劃分方法、光譜預(yù)處理方及變量選擇方法進(jìn)行詳細(xì)探討以進(jìn)一步優(yōu)化模型,最終以38個(gè)變量建立GlcNAc含量定量模型,模型的Rc2、Rp2、RMSECV和RMSEP值分別為0.992、0.991、1.3436%和0.9496%。研究結(jié)果表明建立的模型擁有良好的預(yù)測(cè)能力,可以實(shí)現(xiàn)濃縮過(guò)程中GlcNAc含量的快速測(cè)定及濃縮終點(diǎn)的判斷。本論文的創(chuàng)新點(diǎn)包括:(1)本論文首次對(duì)比了 FT-NIR光譜儀和Micro-NIR 1700型微型近紅外光譜儀在不同體系下GlcNAc濃度測(cè)定的準(zhǔn)確性。(2)首次將微型近紅外光詣譜儀引入到發(fā)酵法生產(chǎn)GlcN的發(fā)酵過(guò)程,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了發(fā)酵過(guò)程中GlcNAc濃度和OD值的快速、準(zhǔn)確檢測(cè)。(3)首次將微型近紅外光譜儀引入到發(fā)酵法生產(chǎn)GlcN的濃縮過(guò)程,實(shí)現(xiàn)了濃縮過(guò)程中GlcNAc含量的快速檢測(cè)和終點(diǎn)判斷。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TS218;O657.33

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