基于分子光谱融合技术的乙醇固态发酵过程监测方法研究

发布时间：2022-01-23 15:35

　　固态发酵是制取生物乙醇的关键步骤之一。为提高乙醇固态发酵过程的监测效率和产品得率,研究提出基于分子光谱融合技术的乙醇固态发酵过程监测方法研究的新思路。具体研究内容如下:（1）基于分子光谱融合技术的酵母菌生长状态监测方法研究。首先,利用光谱仪获取酵母菌培养过程样本的拉曼光谱和近红外光谱,并利用Savitzky-Golay（SG）滤波结合标准正态变量（standard normal variate,SNV）对其进行预处理;然后,利用变量组合集群分析法（variable combination population analysis,VCPA）对预处理后的两种分子光谱分别进行特征波长优化,并在特征层进行特征融合;最后,建立基于分子光谱融合特征的酵母菌生长过程支持向量机（support vector machine,SVM）定量监测模型。实验结果显示,与基于单分子光谱特征的最佳VCPA-SVM模型相比,基于光谱融合特征建立的最佳VCPA-SVM模型可获得更好的预测性能。该最佳模型的预测均方根误差（root mean square error of prediction,RMSEP）、决定系数（... 

【文章来源】：江苏大学江苏省

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

酵母菌培养过程的生长曲线

2.2.4.2 近红外光谱采集 研究采用 Antaris II 型傅里叶变换近红外光谱仪（美国 Thermo Nicolet 公司），选取透射模式采集酵母菌培养物样本的近红外光谱。光谱仪的参数设置如下：扫描范围为 10000-4000cm-1，扫描次数为 32 次，光谱分辨率为 8cm-1。采集到的光谱共有 1557 个波数点。光谱采集时，将室内温度保持在 27°C 左右，相对湿度为60%[55]；取 2.5mL 酵母菌培养物过滤后置于光程为 10mm 的石英比色皿中进行近红外光谱的采集，每个样本重复 3 次光谱采集，并将其平均值作为该样本的原始近红外光谱。图 2.3 所示为所有酵母菌培养物样本的原始近红外光谱。

江苏大学硕士学位论文21中可以看出，整个木薯乙醇固态发酵过程可大致划分为以下三个阶段：(1)0-8h为木薯乙醇固态发酵的迟滞期。在此阶段，因加入糖化酶导致葡萄糖的大量生成，而新加入的酵母菌在逐渐适应发酵环境；因此，乙醇含量并没有较大的变化。(2)8-48h为木薯乙醇固态发酵的对数期；在此阶段，随着酵母菌的大量繁殖，葡萄糖被大量消耗，而乙醇含量则快速升高；这主要是因为该阶段酵母菌熟悉了发酵环境，大量消耗糖类物质并快速转换成乙醇。(3)48-72h为木薯乙醇固态发酵的稳定期；在此阶段，随着糖类物质的消耗殆尽，乙醇浓度不再发生较大变化，整个发酵过程趋于稳定直至结束。图2.6乙醇固态发酵过程中葡萄糖和乙醇含量的变化曲线Figure2.6ChangecurvesofglucoseandethanolconcentrationsduringethanolSSF2.3.4分子光谱采集2.3.4.1拉曼光谱采集研究利用ProSP-Micro2000K显微拉曼测量系统（杭州谱镭光电技术有限公司）测量木薯乙醇固态发酵物样本的拉曼光谱。该测量系统激光源的激发波长为785.953nm，配有256×1024像素电荷耦合器件（CCD）检测器，激光功率为350mW。光谱采集前，将测量系统的积分时间设置为3s，光谱扫描范围设置为150-2000cm-1。光谱采集时，首先取粉碎后的木薯乙醇固态发酵物样本1g置于1

【参考文献】：
期刊论文
[1]生活垃圾制燃料乙醇市场前景及可行性分析[J]. 李国林,罗丹,孔岩,范振兴,刘志华.  现代化工. 2020(01)
[2]近红外光谱分析技术及仪器发展概况[J]. 林房,吴丽华,刘曼曼,冷其影,巩子路,邢栋,吴宏萍.  酿酒. 2020(01)
[3]工农业废料及其固态发酵利用综述[J]. Pardeep Kumar Sadh,Surekha Duhan,Joginder Singh Duhan,徐娟.  中国沼气. 2019(06)
[4]补料分批发酵过程动态优化控制研究[J]. 李海波,潘丰.  控制工程. 2019(10)
[5]美国燃料乙醇行业发展现状与启示[J]. 娄岩.  国际石油经济. 2019(09)
[6]国内外燃料乙醇生产及市场分析[J]. 米多,姜日元,董欢.  化学工业. 2019(05)
[7]固态发酵工程技术的研究应用分析[J]. 李雪琪.  科技资讯. 2019(11)
[8]不同酵母菌剂对小曲酒发酵风味物质的影响[J]. 孙神英,张明春,缪礼鸿,曾驰.  武汉轻工大学学报. 2018(04)
[9]酿酒酵母制备固态发酵饲料的参数优化及品质评价[J]. 孙宏,李园成,吴逸飞,沈琦,姚晓红,汤江武,王新.  中国畜牧杂志. 2018(05)
[10]近红外光谱法定性描述酵母菌的生长过程[J]. 王玮,江辉,刘国海,梅从立,吉奕.  分析化学. 2017(08)

博士论文
[1]拉曼光谱分析技术在黄酒质量监控中的应用研究[D]. 吴正宗.江南大学 2017
[2]基于近红外光谱和电子鼻技术的固态发酵过程检测研究及应用[D]. 江辉.江苏大学 2013
[3]近红外基础研究：在线分析、多组份分析和空间效应[D]. 蔡晨波.湖南大学 2008
[4]支持向量机分类与回归方法研究[D]. 孙德山.中南大学 2004

硕士论文
[1]基于NIRS技术的乙醇固态发酵过程检测方法研究及其应用[D]. 王玮.江苏大学 2018
[2]水果成熟度检测的机器视觉和嗅觉可视化技术研究[D]. 王顺.江苏大学 2018
[3]乙醇固态发酵过程参数及状态的近红外光谱检测方法研究[D]. 张航.江苏大学 2017
[4]基于蚁群算法的分子光谱波长选择新方法与应用基础研究[D]. 刘彤.浙江大学 2017
[5]基于近红外—拉曼光谱融合的食用油品质和品种快速检测方法研究[D]. 涂斌.武汉轻工大学 2016
[6]基于K近邻的分类算法研究[D]. 桑应宾.重庆大学 2009



本文编号：3604649