基于近紅外光譜分析技術(shù)的透明質(zhì)酸分子量及含量快速檢測(cè)研究.pdf

1、透明質(zhì)酸(hyaluronic acid，HA)是由重復(fù)雙糖單位連接組成的鏈狀聚合物，是細(xì)胞外基質(zhì)的重要成分。由于其獨(dú)特的黏彈性和生理功能，已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、美容、醫(yī)用功能性材料和保健食品等方面。分子量和含量是表征透明質(zhì)酸的兩個(gè)重要參數(shù)，不同分子量的透明質(zhì)酸具有不同的理化性質(zhì)，決定了其具有不同的用途。目前發(fā)酵法是工業(yè)生產(chǎn)透明質(zhì)酸的主要方法。發(fā)酵液中透明質(zhì)酸含量是發(fā)酵過(guò)程的一個(gè)重要指標(biāo)，含量的準(zhǔn)確測(cè)定不僅對(duì)篩選透明質(zhì)酸高產(chǎn)菌株至關(guān)重要，

2、而且對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)酵工藝優(yōu)化及過(guò)程控制也具有重要的意義。目前測(cè)定透明質(zhì)酸分子量和含量的方法均耗時(shí)耗力，不利于實(shí)驗(yàn)室的快速放行和發(fā)酵過(guò)程的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。
　　 本課題以透明質(zhì)酸精品和透明質(zhì)酸發(fā)酵液為研究對(duì)象，采用近紅外光譜(near infrared spectroscopy, NIRS)分析技術(shù)結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)算法，建立透明質(zhì)酸精品分子量模型和發(fā)酵液中透明質(zhì)酸含量模型，實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)參數(shù)的快速無(wú)損測(cè)定。具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　

3、 1目前NIRS技術(shù)應(yīng)用于高聚物分子量測(cè)定尚無(wú)確切的理論研究基礎(chǔ)，而且發(fā)酵液中透明質(zhì)酸含量往往在百分之一以下，屬于微量分析的范疇，因此首先對(duì)應(yīng)用NIRS技術(shù)建立透明質(zhì)酸分子量模型和低濃度環(huán)境中透明質(zhì)酸含量模型的可行性進(jìn)行分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明NIRS技術(shù)應(yīng)用于這兩參數(shù)的快速測(cè)定具有實(shí)際可行性。
　　 2采用干熱法降解得到一組具有一定分子量梯度的透明質(zhì)酸固體粉末，將采集到的降解樣品的漫反射光譜與特性黏度法得到的分子量數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，采用

4、PLS算法建立分子量的近紅外分析模型。建模過(guò)程中，對(duì)光譜預(yù)處理方法進(jìn)行選擇，并采用相關(guān)系數(shù)法對(duì)光譜區(qū)間進(jìn)行優(yōu)化。為綜合考慮相關(guān)系數(shù)和均方根誤差的大小，引入目標(biāo)函數(shù)的概念進(jìn)行模型評(píng)價(jià)。最終在1452-1542nm，1658-1848nm，1952-2048nm，2218-2300nm的光譜范圍內(nèi)，采用MSC作為最優(yōu)的光譜預(yù)處理方法建立分子量模型，得到校正集相關(guān)系數(shù)Rc=0.9847，交叉驗(yàn)證均方根誤差RMSECV=85.06，驗(yàn)證集相關(guān)系

5、數(shù)Rp=0.9946，預(yù)測(cè)均方根誤差RMSEP=66.35。對(duì)建立的分子量模型進(jìn)行重復(fù)性考察，重復(fù)測(cè)定的所有方差屬于同一總體，重復(fù)性結(jié)果良好，能夠滿足應(yīng)用需要。對(duì)不同的一級(jí)分析方法和建模算法對(duì)模型的影響進(jìn)行考察，結(jié)果顯示分子量的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義及一級(jí)分析方法準(zhǔn)確度均對(duì)模型產(chǎn)生影響，且黏均分子量和重均分子量都適合建立線性模型。
　　 3取發(fā)酵條件一致的7個(gè)批次透明質(zhì)酸發(fā)酵液，采集其近紅外透射光譜，并將光譜與咔唑法測(cè)得的發(fā)酵液中透明質(zhì)酸含

6、量進(jìn)行關(guān)聯(lián)，建立發(fā)酵液中透明質(zhì)酸含量的近紅外分析模型。建模過(guò)程中，對(duì)光譜預(yù)處理方法進(jìn)行選擇，并對(duì)建模光譜區(qū)間進(jìn)行考察。為綜合考慮相關(guān)系數(shù)和均方根誤差的大小，引入目標(biāo)函數(shù)的概念進(jìn)行模型評(píng)價(jià)。最終在7312.7-10000cm-1的光譜范圍內(nèi)，采用一階導(dǎo)數(shù)Norris5點(diǎn)平滑作為最優(yōu)的光譜預(yù)處理方法建立發(fā)酵液中透明質(zhì)酸含量模型，得到Rc=0.9951，RMSECV=0.223，Rp=0.9809，RMSEP=0.376。對(duì)發(fā)酵液中透明質(zhì)酸含