CN112730376A - 一种基于拉曼光谱检测发酵液中多糖的装置及其方法和应用 - Google Patents

一种基于拉曼光谱检测发酵液中多糖的装置及其方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于拉曼光谱检测发酵液中多糖的装置及其方法和应用，属于发酵液检测技术领域。所述基于拉曼光谱检测发酵液中多糖的装置包括发酵罐、反射镜、光纤探头、光纤、激发光源、探测器、信号采集模块、A/D转换模块、单片机和显示模块；其中，所述反射镜位于发酵罐内，激发光源通过光纤与光纤探头相连，同时光纤探头通过光纤与探测器相连，探测器进一步与信号采集模块相连接，信号采集模块与A/D转换模块相连接，A/D转换模块与单片机相连，单片机与显示模块连接。与传统的多糖检测方法相比，采用本发明装置无需提纯分离，简化了检测步骤，节约了检测的时间，降低了多糖的检测成本，具有良好的实际应用之价值。

Description

一种基于拉曼光谱检测发酵液中多糖的装置及其方法和应用
技术领域
本发明属于发酵液检测技术领域，具体涉及一种基于拉曼光谱检测发酵液中多糖的装置及其方法和应用。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
在各种各样的微生物中含有大量的多糖,多糖具有独特的理化性质及生物活性，是一类非常有发展前途的活性物质。目前多糖已被应用于食品、医药、轻工业生产、美容、石油、医疗等许多领域，并越来越受到人们的重视，具有更加广泛的应用前景。
发酵液多糖含量的多少是判断发酵成功与否的标志,是判断筛选菌株、优化发酵条件的重要指标，因而多糖含量的准确测定对发酵的过程控制特别重要。目前，检测发酵液中多糖的装置多是将发酵液从发酵罐中取出，再经过生物或化学反应处理，进而得出多糖的含量，主要包括HPLC法、ELISA法、二硝基水杨酸法、苯酚-硫酸法等，如《浙江中医药大学学报》2007,31(003):376发表了徐增龙与张如松合著的《冬虫夏草菌丝体发酵液中多糖的分离纯化与含量测定》，文中采用苯酚-硫酸法测定了冬虫夏草菌丝体发酵液中的多糖；《食品工业科技》2008,000(002):285发表了韩德权与章佳佳合著的《DNS法在普鲁兰多糖发酵液中糖测定的研究》，文中采用DNS法即二硝基水杨酸法测定了普鲁兰多糖发酵液中的多糖；《食品研究与开发》2018,039(007):143发表了安超、薛文娇等合著的《高效凝胶色谱法同时测定普鲁兰多糖生物合成过程中分子量和含量》，文中采用ELISA法测定了普鲁兰多糖发酵液中的多糖。
HPLC检测装置精密度较高，但此方法耗时太长，且前处理比较麻烦；ELISA检测方法的最低检出限较低，灵敏度高，但该方法的检测步骤较繁琐，需要多次洗涤；二硝基水杨酸法与苯酚-硫酸法测定步骤非常繁琐。这些传统的测定方法不能实时反应发酵液中的成分，检测结果有严重的滞后性。简便、快速、适用于现场快速检测的要求，是未来检测方法发展的必然趋势。因而，有必要寻找一种能实时在线检测发酵液中多糖的方法。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供一种基于拉曼光谱检测发酵液中多糖的装置，其可实现对发酵液中多糖的在线检测，具有良好的实际应用之价值。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
本发明的第一个方面，提供一种基于拉曼光谱检测发酵液中多糖的装置，所述装置包括发酵罐、反射镜、光纤探头、光纤、激发光源、探测器、信号采集模块、A/D转换模块、单片机和显示模块。
其中，所述反射镜位于发酵罐内，激发光源通过光纤与光纤探头相连，同时光纤探头通过光纤与探测器相连，探测器进一步与信号采集模块相连接，然后信号采集模块与A/D转换模块相连接，A/D转换模块与单片机相连，单片机与显示模块连接。
本发明的第二个方面，提供一种基于拉曼光谱检测发酵液中多糖的方法，所述方法包括基于上述装置对发酵液中的多糖进行检测。
具体的，所述检测方法包括：
(a)激发光源发出的入射光经光纤与光纤探头进入发酵罐中的发酵液；
(b)入射光经镜面基底反射，反射光经光纤探头与光纤进入探测器；
(c)探测器将探测到的拉曼光谱信号输送到信号采集模块；
(d)信号采集模块采集到的信号经A/D转换模块转换为数字信号；
(e)数字信号传输到单片机；
(f)单片机对数字信号进行算法处理，分离和计算出纯多糖的光谱和多糖的含量；
(g)单片机处理后的信号和数据传输至显示模块。
所述显示模块可显示纯多糖的拉曼光谱和/或多糖的含量数值。
本发明的第三个方面，提供上述一种基于拉曼光谱检测发酵液中多糖的装置和/或方法在检测发酵液中多糖含量或纯度中的应用。
上述一个或多个技术方案的有益效果：
上述技术方案提供的一种基于拉曼光谱检测发酵液中多糖的装置，与传统的多糖检测装置相比，无需提纯分离，简化了检测步骤，节约了检测的时间。
上述技术方案提供的基于拉曼光谱检测发酵液中多糖的装置，无需先取样再检测，可以实时在线对多糖进行检测，有效地解决了检测结果严重滞后的缺点。
上述技术方案提供的基于拉曼光谱检测发酵液中多糖的装置，与传统的多糖检测方法相比，无需经过复杂的生物或化学反应处理，降低了多糖的检测成本。
上述技术方案提供的基于拉曼光谱检测发酵液中多糖的装置，在发酵工业领域具有广阔的商业化应用前景，有望被大规模推广应用。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例中基于拉曼光谱检测发酵液中多糖的过程示意图。
图中：1、发酵罐，2、反射镜，3、光纤探头，4、光纤，5、光纤，6激发光源，7、探测器，8、信号采集模块，9、A/D转换模块，10、单片机，11、液晶显示屏，12、手机，13、电脑。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
如前所述，简便、快速、适用于现场快速检测的要求，是未来检测方法发展的必然趋势。因而，有必要寻找一种能实时在线检测发酵液中多糖的装置及方法。
有鉴于此，本发明的一个具体实施方式中，提供一种基于拉曼光谱检测发酵液中多糖的装置，所述装置包括发酵罐、反射镜、光纤探头、光纤、激发光源、探测器、信号采集模块、A/D转换模块、单片机和显示模块。
其中，所述反射镜位于发酵罐内，激发光源通过光纤与光纤探头相连，同时光纤探头通过光纤与探测器相连，探测器进一步与信号采集模块相连接，然后信号采集模块与A/D转换模块相连接，A/D转换模块与单片机相连，单片机与显示模块连接。
其中，所述反射镜固定于发酵罐的底侧部位；
所述反射镜的镜面与光纤探头的入射光垂直；
所述反射镜的镜面表面是光滑的平面或是由三角形、圆柱形、四方形、五方形、六方形等微纳结构组成的镜面；
所述光纤探头位于发酵液内部，对发酵液内部的成分实时原位监测；
所述探测器为拉曼光谱探测器，而非其它类型的光谱探测器；也因此，采集的发酵液中成分的信号为拉曼光谱信号。
所述显示模块包括但不限于液晶显示屏、手机和电脑中的任意一个或多个；
所述单片机与显示模块连接方式可采用数据线、蓝牙、WIFI或USB中的任意一种或多种。
本发明的又一具体实施方式中，提供一种基于拉曼光谱检测发酵液中多糖的方法，所述方法包括基于上述装置对发酵液中的多糖进行检测。
本发明的又一具体实施方式中，所述检测方法包括：
(a)激发光源发出的入射光经光纤与光纤探头进入发酵罐中的发酵液；
(b)入射光经镜面基底反射，反射光经光纤探头与光纤进入探测器；
(c)探测器将探测到的拉曼光谱信号输送到信号采集模块；
(d)信号采集模块采集到的信号经A/D转换模块转换为数字信号；
(e)数字信号传输到单片机；
(f)单片机对数字信号进行算法处理，分离和计算出纯多糖的光谱和多糖的含量；
(g)单片机处理后的信号和数据传输至显示模块。
本发明的又一具体实施方式中，所述显示模块包括但不限于液晶显示屏、手机和电脑中的任意一个或多个；
本发明的又一具体实施方式中，所述单片机与显示模块连接方式可采用数据线、蓝牙、WIFI或USB中的任意一种或多种。
所述显示模块可显示纯多糖的拉曼光谱和/或多糖的含量数值。
本发明的又一具体实施方式中，提供上述一种基于拉曼光谱检测发酵液中多糖的装置和/或方法在检测发酵液中多糖含量或纯度中的应用。
结合具体实例对本发明作进一步的说明，以下实例仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
实施例1
如图1所示，一种基于拉曼光谱检测发酵液中多糖的装置，包括发酵罐(1)、反射镜(2)、光纤探头(3)、光纤(4、5)、激发光源(6)、探测器(7)、信号采集模块(8)、A/D转换模块(9)、单片机(10)、液晶显示屏(11)、手机(12)或电脑(13)；其中，反射镜(2)位于发酵罐(1)内，激发光源(6)通过光纤(4)与光纤探头(3)相连，光纤探头(3)进一步通过光纤(5)与探测器(7)相连，探测器(7)进一步与信号采集模块(8)相连接，然后信号采集模块(8)与A/D转换模块(9)相连接，A/D转换模块(9)与进一步单片机(10)相连接，单片机(10)通过数据线或蓝牙或WIFI或USB与液晶显示屏(11)或手机(12)或电脑(13)相连。
其中，所述的反射镜(2)固定于发酵罐(1)的底侧部位。所述的反射镜(2)的镜面与光纤探头(3)的入射光垂直。所述的反射镜(2)的镜面表面是光滑的平面或是由三角形、圆柱形、四方形、五方形、六方形等微纳结构组成的镜面。所述的光纤探头(3)位于发酵液内部，对发酵液内部的成分实时原位监测。所述的探测器(7)为拉曼光谱探测器，而不是其它类型的光谱探测器。所述的采集的发酵液中成分的信号为拉曼光谱信号。所述的探测器(7)获取的拉曼光谱数据进一步经过算法处理分离出多糖成分的拉曼光谱信号。
实施例2
一种基于拉曼光谱检测发酵液中多糖的装置，检测过程如下：
(a)激发光源(6)发出的入射光经光纤(4)与光纤探头(3)进入发酵罐(1)中的发酵液；
(b)入射光经镜面基底反射，反射光经光纤探头(3)与光纤(5)进入探测器(7)；
(c)探测器(7)将探测到的拉曼光谱信号输送到信号采集模块(8)；
(d)信号采集模块(8)采集到的信号经A/D转换模块(9)转换为数字信号；
(e)数字信号传输到单片机(10)；
(f)单片机(10)对数字信号进行算法处理，分离和计算出纯多糖的光谱和多糖的含量；
(g)单片机(10)处理后的信号和数据通过数据线或蓝牙或WIFI或USB传输，在液晶显示屏(11)或手机(12)或电脑(13)储存和显示出纯多糖的拉曼光谱和多糖的含量数值。
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种基于拉曼光谱检测发酵液中多糖的装置，其特征在于，所述装置包括发酵罐、反射镜、光纤探头、光纤、激发光源、探测器、信号采集模块、A/D转换模块、单片机和显示模块；
其中，所述反射镜位于发酵罐内，激发光源通过光纤与光纤探头相连，同时光纤探头通过光纤与探测器相连，探测器进一步与信号采集模块相连接，信号采集模块与A/D转换模块相连接，A/D转换模块与单片机相连，单片机与显示模块连接。
2.如权利要求1所述的基于拉曼光谱检测发酵液中多糖的装置，其特征在于，所述反射镜固定于发酵罐的底侧。
3.如权利要求1所述的基于拉曼光谱检测发酵液中多糖的装置，其特征在于，所述反射镜的镜面与光纤探头的入射光垂直。
4.如权利要求1所述的基于拉曼光谱检测发酵液中多糖的装置，其特征在于，所述反射镜的镜面表面是光滑的平面；或，
所述反射镜的镜面是由三角形、圆柱形、四方形、五方形或六方形的微纳结构组成的镜面。
5.如权利要求1所述的基于拉曼光谱检测发酵液中多糖的装置，其特征在于，所述光纤探头位于发酵液内部。
6.如权利要求1所述的基于拉曼光谱检测发酵液中多糖的装置，其特征在于，所述探测器为拉曼光谱探测器。
7.如权利要求1所述的基于拉曼光谱检测发酵液中多糖的装置，其特征在于，所述显示模块包括液晶显示屏、手机和电脑中的任意一种；
所述单片机与显示模块连接方式采用数据线、蓝牙、WIFI或USB中的任意一种。
8.一种基于拉曼光谱检测发酵液中多糖的方法，所述方法包括基于权利要求1-7任一项所述装置对发酵液中的多糖进行检测。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述检测方法包括：
(a)激发光源发出的入射光经光纤与光纤探头进入发酵罐中的发酵液；
(b)入射光经镜面基底反射，反射光经光纤探头与光纤进入探测器；
(c)探测器将探测到的拉曼光谱信号输送到信号采集模块；
(d)信号采集模块采集到的信号经A/D转换模块转换为数字信号；
(e)数字信号传输到单片机；
(f)单片机对数字信号进行算法处理，分离和计算出纯多糖的光谱和多糖的含量；
(g)单片机处理后的信号和数据传输至显示模块；
优选的，所述显示模块包括液晶显示屏、手机和电脑中的任意一个或多个；
所述单片机与显示模块连接方式采用数据线、蓝牙、WIFI或USB中的任意一种或多种；
所述显示模块显示纯多糖的拉曼光谱和/或多糖的含量数值。
10.权利要求1-7任一项所述基于拉曼光谱检测发酵液中多糖的装置和/或权利要求8或9所述方法在检测发酵液中多糖含量或纯度中的应用。
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