有機物制造方法、有機物制造過程監(jiān)測方法、以及有機物制造過程監(jiān)測裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及有機物制造方法、有機物過程監(jiān)測方法、以及有機物過程監(jiān)測器。
【背景技術】
[0002]作為通過發(fā)酵或細胞培養(yǎng)來制造含有有機物的產(chǎn)物的過程中的過程監(jiān)測方法，日本未審查專利申請公布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攝像機獲取細胞圖像，由該圖像確定培養(yǎng)狀態(tài)并進行培養(yǎng)操作。日本未審查專利申請公布N0.2008-76409描述了由利用振蕩器測得的培養(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公布N0.2010-81823描述了基于由攝像機拍到的細胞圖像所確定的細胞尺寸來控制培養(yǎng)狀態(tài)的裝置。通過利用這些相關技術中的方法，無法充分識別測定對象的制造過程狀態(tài)。

【發(fā)明內容】

[0003]技術問題
[0004]本發(fā)明的目的是提供一種能夠更適當?shù)刈R別制造過程狀態(tài)的有機物制造方法、用于有機物的過程監(jiān)測方法、以及用于有機物的過程監(jiān)測器。
[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物的所需產(chǎn)物的方法，包括:(1)第一步驟，通過接收對測定對象的寬帶光照射所產(chǎn)生的、來自所述測定對象的透射光或漫反射光，從而獲取所述測定對象的吸收光譜，其中在所述測定對象中，所述原料或所述所需產(chǎn)物的量隨制造過程的進展而改變；(2)第二步驟，從所述吸收光譜提取出兩個或多個指示所述測定對象的特征的特征值；以及(3)第三步驟，基于所述兩個或多個特征值來控制所述制造過程。
[0007]在根據(jù)本發(fā)明的有機物制造方法中，所述制造過程可為微生物發(fā)酵，動物細胞、植物細胞或微生物的培養(yǎng)，或者化學反應。在所述第一步驟中，間歇地多次獲取所述測定對象的所述吸收光譜。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定對象的特征的所述兩個或多個特征值的變化。在所述第三步驟中，基于在第二步驟中確定的所述兩個或多個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數(shù)來提取所述特征值，或者可通過對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范圍內的光。
[0008]本發(fā)明的另一方面提供了一種用于有機物的過程監(jiān)測方法，其監(jiān)測由原料制造含有有機物的所需產(chǎn)物的制造過程的進展。該過程監(jiān)測方法包括:(I)第一步驟，通過接收對測定對象的寬帶光照射所產(chǎn)生的、來自所述測定對象的透射光或漫反射光，從而獲取所述測定對象的吸收光譜，其中在所述測定對象中，所述原料或所述所需產(chǎn)物的量隨制造過程的進展而改變；(2)第二步驟，由所述吸收光譜提取出兩個或多個指示所述測定對象的特征的特征值。
[0009]本發(fā)明的又一方面提供了一種用于有機物的過程監(jiān)測器，其監(jiān)測由原料制造含有有機物的所需產(chǎn)物的制造過程的進展。該過程監(jiān)測裝置包括:光源單元，其用于向測定對象發(fā)射寬帶光，其中在所述測定對象中，所述原料或所需產(chǎn)物的量隨所述制造過程的進展而改變；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、來自所述測定對象的透射光或漫反射光從而獲取所述測定對象的吸收光譜；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定對象的特征的兩個或多個特征值。
[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、測定對象的吸收光譜提取出兩個或多個指示所述測定對象的特征的特征值。由這些特征值可更準確地識別制造過程狀態(tài)。通過基于經(jīng)過準確識別的制造過程狀態(tài)從而進行制造控制(如參數(shù)管理)，從而可以更有效地制造有機物。
[0012]附圖簡要說明
[0013]圖1為根據(jù)本發(fā)明實施方案的用于有機物的過程監(jiān)測器的示意圖。
[0014]圖2為通過根據(jù)本發(fā)明的用于有機物的過程監(jiān)測器所測得的吸收光譜的二階導數(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數(shù)之間的相關關系的圖。
[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數(shù)之間的相關關系的圖。
[0017]圖5為發(fā)酵液中的乙醇濃度和糖濃度隨時間變化的圖。
[0018]圖6為樣品的吸收光譜的二階導數(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。
【具體實施方式】
[0019]下面將參照附圖對本發(fā)明的實施方案進行詳細說明。圖1為根據(jù)本發(fā)明實施方案的用于有機物的過程監(jiān)測器100的示意圖。用于有機物的過程監(jiān)測器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的機構，并且樣品池5和管6用于從罐4中轉移測定對象并利用用于有機物的過程監(jiān)測器100進行測量。
[0020]用于有機物的過程監(jiān)測器100被用于監(jiān)測有機物制造方法中制造過程的進展，其中通過該有機物制造方法，可在制造過程中由原料制造所需產(chǎn)物。所需產(chǎn)物為有機物。制造過程可為微生物發(fā)酵、動物細胞、植物細胞、微生物(細菌或酵母)的培養(yǎng)、或化學反應。
[0021]用于有機物的過程監(jiān)測器100具有這樣的功能:通過評估測定對象中的成分來監(jiān)測制造過程的進展，其中在所述測定對象中，原料或所需產(chǎn)物的量隨著制造過程的進展而發(fā)生改變。在制造過程為微生物發(fā)酵的情況中，隨著制造過程的進展，原料碳水化合物分解為所需產(chǎn)物(例如，醇)。因此，測定對象為原料和所需產(chǎn)物的混合物。在制造過程為動物細胞、植物細胞或微生物(細菌或酵母)的培養(yǎng)的情況中，隨著制造過程的進展，細胞或微生物消耗了培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質。因此，該測定對象為含有該營養(yǎng)物質的培養(yǎng)基。在制造過程為化學反應的情況中，隨著制造過程的進展，未反應物質減少，并且反應產(chǎn)物增加。因此，測定對象為未反應物質和反應產(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的范圍內的光。由光源單元I發(fā)射的光L透過光學透明的、容納有測定對象的樣品池5并被NIR分光傳感器2接收。在NIR分光傳感器2中，來自測定對象的光L分為其光譜分量(spectral components)，并且測量各波長的透過光強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。盡管在本實施方案中，透過測定對象的光被NIR分光傳感器2接收，但也可接收來自測定對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)、或化學反應，并且原料和所需產(chǎn)物混合。罐4中內容物的一部分經(jīng)由管6被轉移至樣品池5，并由樣品池5被返送至罐4?？筛鶕?jù)利用用于有機物的過程監(jiān)測器100進行監(jiān)測的制造過程來對該結構進行改動。
[0024]分析單元3對從NIR分光傳感器2傳送來的吸收光譜進行分析，并提取出兩個或多個指示測定對象的特征的特征值。所提取的特征值包括能夠監(jiān)測由原料至所需產(chǎn)物的制造過程的進展的(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數(shù)的方法；吸收光譜的標準正態(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，可對吸收光譜進行統(tǒng)計處理。
[0025]基于測定對象成分的濃度與吸收光譜的特征值之間預先確定的關系，可將由此從吸收光譜提取出的特征值用于推測混合物中測定對象成分的濃度。通過判定特征值是否超過預定閾值，該特征值還可用來確定制造過程是否達到預定水平。或者，可利用用于有機物的過程監(jiān)測器100間歇地獲取吸收光譜，并由各吸收光譜提取出特征值，通過特征值隨時間的改變從而可以監(jiān)測制造過程的進展。
[0026]利用用于有機物的過程監(jiān)測器100所獲得的特征值可用于控制制造過程。利用用于有機物的過程監(jiān)測器100來制造有機物的有機物制造方法包括:第一步驟，通過NIR分光傳感器2接收由光源單元I發(fā)射出的寬帶光對測定對象照射所產(chǎn)生的透射光，從而獲取測定對象的吸收光譜；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或多個特征值；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