有機(jī)物制造方法、有機(jī)物制造過程監(jiān)測(cè)方法、以及有機(jī)物制造過程監(jiān)測(cè)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及有機(jī)物制造方法、有機(jī)物過程監(jiān)測(cè)方法、以及有機(jī)物過程監(jiān)測(cè)器。
【背景技術(shù)】
[0002]作為通過發(fā)酵或細(xì)胞培養(yǎng)來制造含有有機(jī)物的產(chǎn)物的過程中的過程監(jiān)測(cè)方法，日本未審查專利申請(qǐng)公布N0.5-273124描述了通過用波長范圍為700nm至1200nm的寬帶光照射發(fā)酵牛奶從而測(cè)量發(fā)酵牛奶的酸度的方法。國際公布N0.WO 2007/052716描述了這樣一種裝置，該裝置利用CCD攝像機(jī)獲取細(xì)胞圖像，由該圖像確定培養(yǎng)狀態(tài)并進(jìn)行培養(yǎng)操作。日本未審查專利申請(qǐng)公布N0.2008-76409描述了由利用振蕩器測(cè)得的培養(yǎng)組織的硬度或彈性信息來確定可移植性的方法。日本未審查專利申請(qǐng)公布N0.2010-81823描述了基于由攝像機(jī)拍到的細(xì)胞圖像所確定的細(xì)胞尺寸來控制培養(yǎng)狀態(tài)的裝置。通過利用這些相關(guān)技術(shù)中的方法，無法充分識(shí)別測(cè)定對(duì)象的制造過程狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]技術(shù)問題
[0004]本發(fā)明的目的是提供一種能夠更適當(dāng)?shù)刈R(shí)別制造過程狀態(tài)的有機(jī)物制造方法、用于有機(jī)物的過程監(jiān)測(cè)方法、以及用于有機(jī)物的過程監(jiān)測(cè)器。
[0005]解決問題的手段
[0006]為此，提供了一種由原料制造包含有機(jī)物的所需產(chǎn)物的方法，包括:(1)第一步驟，通過接收對(duì)測(cè)定對(duì)象的寬帶光照射所產(chǎn)生的、來自所述測(cè)定對(duì)象的透射光或漫反射光，從而獲取所述測(cè)定對(duì)象的吸收光譜，其中在所述測(cè)定對(duì)象中，所述原料或所述所需產(chǎn)物的量隨制造過程的進(jìn)展而改變；(2)第二步驟，從所述吸收光譜提取出兩個(gè)或多個(gè)指示所述測(cè)定對(duì)象的特征的特征值；以及(3)第三步驟，基于所述兩個(gè)或多個(gè)特征值來控制所述制造過程。
[0007]在根據(jù)本發(fā)明的有機(jī)物制造方法中，所述制造過程可為微生物發(fā)酵，動(dòng)物細(xì)胞、植物細(xì)胞或微生物的培養(yǎng)，或者化學(xué)反應(yīng)。在所述第一步驟中，間歇地多次獲取所述測(cè)定對(duì)象的所述吸收光譜。在所述第二步驟中，由所述第一步驟中獲取的所述吸收光譜確定指示所述測(cè)定對(duì)象的特征的所述兩個(gè)或多個(gè)特征值的變化。在所述第三步驟中，基于在第二步驟中確定的所述兩個(gè)或多個(gè)特征值的變化來控制所述制造過程。在所述第二步驟中，由所述吸收光譜的二階導(dǎo)數(shù)來提取所述特征值，或者可通過對(duì)所述吸收光譜的多變量分析來提取所述特征值。寬帶光優(yōu)選包括波長在100nm至2500nm范圍內(nèi)的光。
[0008]本發(fā)明的另一方面提供了一種用于有機(jī)物的過程監(jiān)測(cè)方法，其監(jiān)測(cè)由原料制造含有有機(jī)物的所需產(chǎn)物的制造過程的進(jìn)展。該過程監(jiān)測(cè)方法包括:(I)第一步驟，通過接收對(duì)測(cè)定對(duì)象的寬帶光照射所產(chǎn)生的、來自所述測(cè)定對(duì)象的透射光或漫反射光，從而獲取所述測(cè)定對(duì)象的吸收光譜，其中在所述測(cè)定對(duì)象中，所述原料或所述所需產(chǎn)物的量隨制造過程的進(jìn)展而改變；(2)第二步驟，由所述吸收光譜提取出兩個(gè)或多個(gè)指示所述測(cè)定對(duì)象的特征的特征值。
[0009]本發(fā)明的又一方面提供了一種用于有機(jī)物的過程監(jiān)測(cè)器，其監(jiān)測(cè)由原料制造含有有機(jī)物的所需產(chǎn)物的制造過程的進(jìn)展。該過程監(jiān)測(cè)裝置包括:光源單元，其用于向測(cè)定對(duì)象發(fā)射寬帶光，其中在所述測(cè)定對(duì)象中，所述原料或所需產(chǎn)物的量隨所述制造過程的進(jìn)展而改變；獲取單元，其用于通過接收由所述光源單元的光照射所產(chǎn)生的、來自所述測(cè)定對(duì)象的透射光或漫反射光從而獲取所述測(cè)定對(duì)象的吸收光譜；以及分析單元，其用于從由所述獲取單元獲取的所述吸收光譜提取出指示所述測(cè)定對(duì)象的特征的兩個(gè)或多個(gè)特征值。
[0010]本發(fā)明的有益效果
[0011]根據(jù)本發(fā)明，從寬帶光照射之后所產(chǎn)生的、測(cè)定對(duì)象的吸收光譜提取出兩個(gè)或多個(gè)指示所述測(cè)定對(duì)象的特征的特征值。由這些特征值可更準(zhǔn)確地識(shí)別制造過程狀態(tài)。通過基于經(jīng)過準(zhǔn)確識(shí)別的制造過程狀態(tài)從而進(jìn)行制造控制(如參數(shù)管理)，從而可以更有效地制造有機(jī)物。
[0012]附圖簡(jiǎn)要說明
[0013]圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的用于有機(jī)物的過程監(jiān)測(cè)器的示意圖。
[0014]圖2為通過根據(jù)本發(fā)明的用于有機(jī)物的過程監(jiān)測(cè)器所測(cè)得的吸收光譜的二階導(dǎo)數(shù)圖。
[0015]圖3為示出了總糖濃度與約1200nm波長處的吸收光譜的最小二階導(dǎo)數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系的圖。
[0016]圖4為示出了乙醇濃度與約1700nm波長處的吸收光譜的最小二階導(dǎo)數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系的圖。
[0017]圖5為發(fā)酵液中的乙醇濃度和糖濃度隨時(shí)間變化的圖。
[0018]圖6為樣品的吸收光譜的二階導(dǎo)數(shù)圖，其中在這些樣品中，葡萄糖溶液與培養(yǎng)基的比值不同。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)說明。圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的用于有機(jī)物的過程監(jiān)測(cè)器100的示意圖。用于有機(jī)物的過程監(jiān)測(cè)器100包括光源單元1、NIR分光傳感器2 (獲取單元)、和分析單元3。罐4為用于由原料制造所需產(chǎn)物的裝置的一部分。樣品池5和管6為連接于罐4的機(jī)構(gòu)，并且樣品池5和管6用于從罐4中轉(zhuǎn)移測(cè)定對(duì)象并利用用于有機(jī)物的過程監(jiān)測(cè)器100進(jìn)行測(cè)量。
[0020]用于有機(jī)物的過程監(jiān)測(cè)器100被用于監(jiān)測(cè)有機(jī)物制造方法中制造過程的進(jìn)展，其中通過該有機(jī)物制造方法，可在制造過程中由原料制造所需產(chǎn)物。所需產(chǎn)物為有機(jī)物。制造過程可為微生物發(fā)酵、動(dòng)物細(xì)胞、植物細(xì)胞、微生物(細(xì)菌或酵母)的培養(yǎng)、或化學(xué)反應(yīng)。
[0021]用于有機(jī)物的過程監(jiān)測(cè)器100具有這樣的功能:通過評(píng)估測(cè)定對(duì)象中的成分來監(jiān)測(cè)制造過程的進(jìn)展，其中在所述測(cè)定對(duì)象中，原料或所需產(chǎn)物的量隨著制造過程的進(jìn)展而發(fā)生改變。在制造過程為微生物發(fā)酵的情況中，隨著制造過程的進(jìn)展，原料碳水化合物分解為所需產(chǎn)物(例如，醇)。因此，測(cè)定對(duì)象為原料和所需產(chǎn)物的混合物。在制造過程為動(dòng)物細(xì)胞、植物細(xì)胞或微生物(細(xì)菌或酵母)的培養(yǎng)的情況中，隨著制造過程的進(jìn)展，細(xì)胞或微生物消耗了培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)。因此，該測(cè)定對(duì)象為含有該營養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)基。在制造過程為化學(xué)反應(yīng)的情況中，隨著制造過程的進(jìn)展，未反應(yīng)物質(zhì)減少，并且反應(yīng)產(chǎn)物增加。因此，測(cè)定對(duì)象為未反應(yīng)物質(zhì)和反應(yīng)產(chǎn)物。
[0022]光源單元I發(fā)射寬帶光。由光源單元I發(fā)射出的光包括波長帶在100nm至2500nm的范圍內(nèi)的光。由光源單元I發(fā)射的光L透過光學(xué)透明的、容納有測(cè)定對(duì)象的樣品池5并被NIR分光傳感器2接收。在NIR分光傳感器2中，來自測(cè)定對(duì)象的光L分為其光譜分量(spectral components)，并且測(cè)量各波長的透過光強(qiáng)度以獲取吸收光譜或透過光譜。吸收光譜或透過光譜的信息從NIR分光傳感器2傳送至分析單元3。盡管在本實(shí)施方案中，透過測(cè)定對(duì)象的光被NIR分光傳感器2接收，但也可接收來自測(cè)定對(duì)象的反射光以獲取反射光曰O
[0023]在罐4中，發(fā)生制造過程，即發(fā)酵、培養(yǎng)、或化學(xué)反應(yīng)，并且原料和所需產(chǎn)物混合。罐4中內(nèi)容物的一部分經(jīng)由管6被轉(zhuǎn)移至樣品池5，并由樣品池5被返送至罐4。可根據(jù)利用用于有機(jī)物的過程監(jiān)測(cè)器100進(jìn)行監(jiān)測(cè)的制造過程來對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行改動(dòng)。
[0024]分析單元3對(duì)從NIR分光傳感器2傳送來的吸收光譜進(jìn)行分析，并提取出兩個(gè)或多個(gè)指示測(cè)定對(duì)象的特征的特征值。所提取的特征值包括能夠監(jiān)測(cè)由原料至所需產(chǎn)物的制造過程的進(jìn)展的(一種或多種)成分的量，如原料與所需產(chǎn)物的比值、反應(yīng)抑制劑的量、和PH值?？赏ㄟ^如下方法提取特征值:利用吸收光譜的二階導(dǎo)數(shù)的方法；吸收光譜的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量變換法；或者吸收光譜的多變量分析法。為了提取特征值，可對(duì)吸收光譜進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理。
[0025]基于測(cè)定對(duì)象成分的濃度與吸收光譜的特征值之間預(yù)先確定的關(guān)系，可將由此從吸收光譜提取出的特征值用于推測(cè)混合物中測(cè)定對(duì)象成分的濃度。通過判定特征值是否超過預(yù)定閾值，該特征值還可用來確定制造過程是否達(dá)到預(yù)定水平?；蛘?，可利用用于有機(jī)物的過程監(jiān)測(cè)器100間歇地獲取吸收光譜，并由各吸收光譜提取出特征值，通過特征值隨時(shí)間的改變從而可以監(jiān)測(cè)制造過程的進(jìn)展。
[0026]利用用于有機(jī)物的過程監(jiān)測(cè)器100所獲得的特征值可用于控制制造過程。利用用于有機(jī)物的過程監(jiān)測(cè)器100來制造有機(jī)物的有機(jī)物制造方法包括:第一步驟，通過NIR分光傳感器2接收由光源單元I發(fā)射出的寬帶光對(duì)測(cè)定對(duì)象照射所產(chǎn)生的透射光，從而獲取測(cè)定對(duì)象的吸收光譜；第二步驟，在分析單元3中從第一步驟中獲取的吸收光譜提取出兩個(gè)或多個(gè)特征值；以及第三步驟，基于第二步驟中提取出的特征值來控制制造過程。在第三步驟中，例如