[发明专利]一种快速在线检测木薯固态发酵的生长过程的方法

说明书

本发明公开了一种快速在线检测木薯固态发酵的生长过程的方法，具体过程为：取一批木薯将其进行固态发酵；使用DNS溶液检测葡萄糖含量，使用重铬酸钾溶液检测乙醇含量，测量葡萄糖和乙醇的标准曲线。在密封不透光的房间中分别对木薯固态发酵系统做拉曼光谱和嗅觉可视化检测，最后分别提取拉曼光谱特征变量和嗅觉可视化特征变量，做特征级融合，并建立木薯固态发酵过程检测定性模型，将其与前两种单一技术进行比较。本发明建立基于拉曼光谱结合嗅觉可视化技术快速在线检测木薯固态发酵的生长过程的方法，可实现全面准确地判断固态发酵所处的阶段，为工业发酵提供指导作用，节约成本，提高发酵产率。

技术领域

本发明涉及一种木薯固态发酵的生长过程进行实时检测的方法，特指一种基于拉曼光谱与嗅觉可视化分析技术相结合的快速检测方法，对木薯固态发酵不同时期进行在线检测。

背景技术

随着我国科技和经济的高速发展，能源可持续发展问题越来越受到人们的关注。作为一种可再生的清洁能源，燃料乙醇的发展一直是全球各国关注的重点。目前，乙醇的主要生产方式分为液态发酵和固态发酵。其中液态发酵技术以及过程检测传感器的研究已比较成熟。固态发酵不需要严格的操作环境，设备简单，污染小等优点逐渐成为研究热点，但是固态发酵是一个非均相的生化过程，发酵系统比较复杂，缺少参数在线检测传感器，因此其发酵过程难以检测与控制，对发酵产业带来诸多不便。

近年来，随着光谱技术和计算机科技的发展，拉曼光谱检测技术具有简便、可重复、无损和可直接测量样本等优点，结合相应的化学计量学方法已应用于高分子、食品安全和石油化工等领域。但拉曼光谱的谱带强度较弱，不适合检测低浓度的样品，并且其光谱信号易受荧光信号的干扰，振动峰之间的重叠较多，因此对样品的检测精度有待提高。

嗅觉可视化技术是人工嗅觉技术分支的一种，近年来被广泛应用于无损检测茶叶、酒以及醋的定量和定性研究，并取得了较好的成果。嗅觉可视化检测系统由比色传感器阵列组成，针对不同的挥发性气味，比色传感器阵列呈现不同程度的颜色变化，应用图像处理技术，将反应前后的图像差值转化为数字信号，结合化学计量学方法，对样本进行无损检测。但嗅觉可视化检测技术只能检测样本的气味变化情况，不能实现对样本内部化学信息变化的识别，因此该技术比较片面，需要结合其他检测技术，实时全面检测样本变化信息。

发明内容

鉴于现有技术的发展情况，本发明的目的就是提供一种基于拉曼光谱结合嗅觉可视化技术快速在线检测木薯固态发酵的生长过程的方法，解决常规技术耗时耗力，检测技术片面等问题。本发明一方面实现对固态发酵过程内部化学信息变化的检测，另一方面对固态发酵过程气味变化情况进行检测。通过融合两种分析技术实现全面检测固态发酵过程，并能提高检测的准确性、全面性和鲁棒性。

本发明通过以下方法实现。

首先将木薯打碎过40目过滤，加入装有蒸馏水的锥形瓶中加热液化，将发育良好的酿酒酵母加入锥形瓶中以30℃，150r/min进行72h固态发酵培养，每隔4h采集样本一次，做理化实验获得葡萄糖和乙醇含量的变化情况，可将整个发酵周期划分为三个阶段，做拉曼光谱检测和嗅觉可视化检测获得光谱数据和图像特征值，实验结束后分别提取光谱特征变量和图像特征变量，将他们特征值融合对木薯固态发酵过程建立定性模型。

本发明的技术方案为如下所述。

一种基于拉曼光谱结合嗅觉可视化技术快速在线检测木薯固态发酵的生长过程的方法，包括以下步骤。

(1)取一批木薯将其干燥至恒重后粉碎分别装入3个装有蒸馏水的锥形瓶中，加入一定量的淀粉酶和糖化酶加热液化，挑选发育良好的酵母菌种加入冷却至室温后的锥形瓶中以32℃，150r/min进行固态发酵，每隔4h取样一次；

(2)使用DNS溶液检测葡萄糖含量，使用重铬酸钾溶液检测乙醇含量，测量葡萄糖和乙醇的标准曲线。每隔4h抽取样本，测量样本的葡萄糖和乙醇含量，并将整个发酵周期分为3个阶段；