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(duì)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(duì)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(guó)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(duì)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(duì)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(cè)，還有一項(xiàng)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(jià)。效價(jià)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(shí)間而增加。通過測(cè)定當(dāng)前發(fā)酵液中的效價(jià)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(cè)定發(fā)酵液中的效價(jià)。常規(guī)檢測(cè)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(jià)，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(cè)的方法相對(duì)準(zhǔn)確，但重復(fù)批量的檢測(cè)依舊會(huì)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(jì)量學(xué)方法，就能在數(shù)十秒內(nèi)檢測(cè)出樣品的效價(jià)含量，由于近紅外是檢測(cè)樣品分子中氫鍵的倍頻和合頻振動(dòng)吸收信息，多數(shù)有機(jī)物含量以及水分和 pH 也可同時(shí)測(cè)定。下面介紹的一個(gè)案例就是測(cè)量發(fā)酵液中的效價(jià)含量，采用的是 BUCHI NIRFlex N-500 的標(biāo)準(zhǔn)固體測(cè)量池搭配透反射蓋，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)酵液體的光譜掃描。所有檢測(cè)樣品在實(shí)驗(yàn)前只經(jīng)過簡(jiǎn)單過濾去除雜質(zhì)。
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實(shí)驗(yàn)條件
檢測(cè)波長(zhǎng) 4000-10000cm-1，分辨率 8cm-1，掃描次數(shù) 32 次，每個(gè)樣品測(cè)量三次，共計(jì) 171 個(gè)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(jià)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(shí)對(duì)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(jià)參考值（橫坐標(biāo)）與預(yù)測(cè)值（縱坐標(biāo)）分布散點(diǎn)圖
發(fā)酵液效價(jià)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(jià)進(jìn)行快速準(zhǔn)確的測(cè)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(qiáng)大的抗震動(dòng)能力。模塊化的測(cè)量池可以隨時(shí)隨地方便更換，滿足各種形態(tài)樣品的檢測(cè)需求。雙燈構(gòu)造及滿足多國(guó)藥典和審計(jì)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(cè)需求，歡迎通過以下方式與我們?nèi)〉寐?lián)系。
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