基于拉曼光譜的釀酒發(fā)酵液酵母活力在線檢測(cè)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及釀酒發(fā)酵過程的檢測(cè)與控制領(lǐng)域，特別涉及基于拉曼光譜的釀酒發(fā)酵液酵母活力在線檢測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)酵是釀酒過程中最為重要、最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一，發(fā)酵液酵母質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到其發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)量多少和質(zhì)量好壞。酵母的質(zhì)量一般用活性和活力來評(píng)價(jià)，活性是指細(xì)胞的成活能力，酵母活力是指酵母細(xì)胞的生理狀態(tài)，也可理解為活細(xì)胞對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力和代謝能力。酵母活力是影響發(fā)酵性能及口味的重要因素，只有穩(wěn)定的、高活力的酵母，才能釀造出高質(zhì)量的酒。因此，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)酵液酵母活力的在線檢測(cè)，一直是釀酒行業(yè)關(guān)心和研究的重點(diǎn)。
[0003]傳統(tǒng)的酵母活力測(cè)定主要有血球計(jì)數(shù)板培養(yǎng)法、活力滴定法、酸化力測(cè)定法、氧氣的吸收法、CO2釋放法、鎂離子釋放法、亞甲藍(lán)還原法等。但這些方法都存在一些缺陷和不足，如靈敏度低；多數(shù)測(cè)定方法為離線測(cè)量，測(cè)量過程中可能會(huì)引入一些雜菌，影響測(cè)量結(jié)果;檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致所獲得的反饋信息相對(duì)滯后，不能及時(shí)反映出酵母活力的變化，從而影響對(duì)發(fā)酵過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控;有時(shí)還需要加入一些熒光染料，非常不利于生產(chǎn)過程的在線檢測(cè)。
[0004]在釀酒發(fā)酵領(lǐng)域，由于發(fā)酵液成分的復(fù)雜性與多樣性，目前已開發(fā)出用于發(fā)酵液成分檢測(cè)的裝置非常少，沒有一種裝置可以實(shí)現(xiàn)對(duì)釀酒發(fā)酵過程中發(fā)酵液酵母活力的在線檢測(cè)。
[0005]拉曼光譜作為一種近年來受到廣泛關(guān)注的光譜檢測(cè)手段，具有快速、高效、無損分析、無需前處理、無污染等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成功應(yīng)用于石油化工、醫(yī)學(xué)、制藥、環(huán)境保護(hù)、考古鑒定、食品安全等領(lǐng)域。但這個(gè)方法至今都沒有應(yīng)用于酵母活力的定量分析，更沒有用于釀酒過程中發(fā)酵液酵母活力的在線檢測(cè)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)與不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于拉曼光譜的釀酒發(fā)酵液酵母活力在線檢測(cè)裝置，可對(duì)釀酒過程中發(fā)酵液酵母活力進(jìn)行在線檢測(cè)，可準(zhǔn)確、快速地測(cè)出發(fā)酵液酵母活力。
[0007]本實(shí)用新型的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]基于拉曼光譜的釀酒發(fā)酵液酵母活力在線檢測(cè)裝置，包括栗、樣品池、三通閥、流通池、激光器、光纖、拉曼探頭、反射鏡、光譜儀、計(jì)算機(jī)；
[0009]所述栗的入口端與發(fā)酵罐的取樣口相連，栗的出口端與樣品池的進(jìn)樣口相連;所述樣品池的出口與三通閥的進(jìn)口相連，所述三通閥的兩個(gè)出口分別與發(fā)酵罐和流通池相連；
[0010]所述激光器通過光纖連接于拉曼探頭，所述拉曼探頭的頭部與樣品池的第一表面相連接，所述反射鏡設(shè)于所述樣品池的第二表面上，所述第一表面與第二表面相互平行;所述光譜儀通過通信接口連接于計(jì)算機(jī);所述樣品池由透明材料制成；
[0011 ]所述拉曼探頭通過光纖與光譜儀連接。
[0012]所述的基于拉曼光譜的釀酒發(fā)酵液酵母活力在線檢測(cè)裝置，還包括顯示器;所述計(jì)算機(jī)通過通信端口連接于顯示器。
[0013]所述激光器為可見光激光器或紅外光激光器。
[0014]所述拉曼探頭為焦距可調(diào)的拉曼探頭。
[0015]所述樣品池由石英材料制成。
[0016]基于拉曼光譜的釀酒發(fā)酵液酵母活力在線檢測(cè)方法，包括以下步驟:
[0017](I)打開栗，三通閥通向流通池，將待測(cè)發(fā)酵液引入樣品池；
[0018](2)待樣品池逐漸裝滿發(fā)酵液后，打開激光器，通過拉曼探頭采集發(fā)酵液的拉曼光譜數(shù)據(jù);對(duì)拉曼光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪、平滑、基線校正后，基于連續(xù)投影算法提取核酸、蛋白質(zhì)和脂類的特征光譜；
[0019](3)樣品池中的發(fā)酵液經(jīng)過三通閥進(jìn)入流通池，在流通池中收集訓(xùn)練樣本，用活力滴定的方法測(cè)定流通池中發(fā)酵液酵母活力；
[0020](4)以核酸、蛋白質(zhì)和脂類特征峰的強(qiáng)度為自變量，以活力滴定的方法測(cè)定的發(fā)酵液酵母活力為因變量，用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法建立酵母活力與核酸、蛋白質(zhì)和脂類特征峰強(qiáng)度的定量分析模型；
[0021](5)三通閥通向發(fā)酵罐，發(fā)酵液在發(fā)酵罐與樣品池的之間循環(huán)流動(dòng)，通過拉曼探頭實(shí)時(shí)采集發(fā)酵液的拉曼光譜數(shù)據(jù)，對(duì)拉曼光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪、平滑、基線校正后，基于連續(xù)投影算法提取核酸、蛋白質(zhì)和脂類的特征光譜；
[0022](6)將步驟(5)得到的核酸、蛋白質(zhì)和脂類的特征光譜用步驟(4)所述的定量分析模型預(yù)測(cè)酵母活力。
[0023]所述的基于拉曼光譜的釀酒發(fā)酵液酵母活力在線檢測(cè)方法，步驟(6)之后進(jìn)行以下步驟:
[0024](7)將步驟(6)的預(yù)測(cè)結(jié)果在顯示器上顯示。
[0025]本實(shí)用新型的原理為:
[0026]拉曼光譜定量分析的基礎(chǔ)是待測(cè)分析物的拉曼強(qiáng)度與其濃度存在一定的比例關(guān)系。而在釀酒發(fā)酵過程中發(fā)酵液酵母活力的變化與其核酸、蛋白質(zhì)和脂類相關(guān)的特征峰的變化直接相關(guān)。因此，可以借助拉曼光譜在線檢測(cè)裝置，結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法建立定量分析模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)釀酒過程中發(fā)酵液酵母活力的在線檢測(cè)。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0028](I)本實(shí)用新型的裝置是密閉、循環(huán)的，這樣既可以避免其他微生物對(duì)酵母的污染，又可以避免資源浪費(fèi)(除訓(xùn)練樣本采集外)。
[0029](2)本實(shí)用新型可代替?zhèn)鹘y(tǒng)離線檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)發(fā)酵液酵母活力的在線檢測(cè)。
[0030](3)本實(shí)用新型的測(cè)試過程不需要破壞樣品、接觸樣品，不需要添加任何熒光染料，屬于“綠色”分析技術(shù)。
[0031](4)本實(shí)用新型的裝置結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，裝置不僅適用于釀酒工業(yè)生產(chǎn)，也適用于實(shí)驗(yàn)室小型發(fā)酵實(shí)驗(yàn)。
[0032](5)本實(shí)用新型的裝置維護(hù)比較簡(jiǎn)單，可以長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作。
[0033](6)在實(shí)際生產(chǎn)過程中，可以不斷更新訓(xùn)練樣本，以確保校正模型的準(zhǔn)確性和穩(wěn)健性。
【附圖說明】
[0034]圖1為本實(shí)用新型基于拉曼光譜的釀酒發(fā)酵液酵母活力在線檢測(cè)裝置的示意圖。
[0035]圖2為本實(shí)用新型基于拉曼光譜的釀酒發(fā)酵液酵母活力在線檢測(cè)方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
[0037]實(shí)施例
[0038]本實(shí)施例的基于拉曼光譜的釀酒發(fā)酵液酵母活力在線檢測(cè)裝置，包括栗3、樣品池
4、三通閥5、流通池6、激光器7、光纖8、拉曼探頭9、反射鏡10、光譜儀11、計(jì)算機(jī)12和顯示器13ο
[0039]所述栗3的入口端與發(fā)酵罐1(內(nèi)裝發(fā)酵液2)取樣口相連，栗3的出口端與樣品池4的進(jìn)樣口相連，所述樣品池4的出口與三通閥5的進(jìn)口相連，所述三通閥5的兩個(gè)出口分別與發(fā)酵罐I和流通池6相連，所述流通池6用來放置待常規(guī)方法測(cè)量的發(fā)酵液或用來排放滯留在樣品池的發(fā)酵液；
[0040]所述激光器7通過光纖8與拉曼探頭9連接，所述拉曼探頭9的頭部與樣品池4的第一表面相連接，所述反射鏡10設(shè)于所述樣品池4的第二表面上，所述第一表面與第二表面相互平行;樣品池4用來放置待拉曼光譜掃描的發(fā)酵液；
[0041]所述拉曼探頭9通過另一條光纖8連接于光譜儀11，所述光譜儀11通過通信接口連接于計(jì)算機(jī)12，所述計(jì)算機(jī)12通過通信端口連接于顯示器13，所述顯示器13用于發(fā)酵液酵母活力水平的顯示。
[0042]本實(shí)施例中，激光器為半導(dǎo)體激光器，輸出光為可見光或紅外光。所述拉曼探頭的焦距可以調(diào)節(jié)，保證測(cè)量時(shí)光束能夠準(zhǔn)確聚焦于測(cè)量區(qū)域;所述顯示器為L(zhǎng)ED顯示器。
[0043]本實(shí)施例的基于拉曼光譜的釀酒發(fā)酵液酵母活力在線檢測(cè)方法，包括以下步驟:
[0044](I)打開栗，三通閥通向流通池，待測(cè)發(fā)酵液慢慢引入樣品池；
[0045](2)待樣品池逐漸裝滿發(fā)酵液后，打開激光器，通過拉曼探頭采集發(fā)酵液的拉曼光譜數(shù)據(jù)，借助軟件WIRE 3.3對(duì)拉曼光譜原始數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪、平滑、基線校正等預(yù)處理，基于連續(xù)投影算法提取與核酸、蛋白質(zhì)和脂類相關(guān)的特征光譜；
[0046](3)樣品池中的發(fā)酵液經(jīng)過三通閥進(jìn)入流通池，在流通池中收集一定數(shù)量的訓(xùn)練樣本，用活力滴定的方法測(cè)定流通池中發(fā)酵液酵母活力；
[0047](4)以核酸、蛋白質(zhì)和脂類特征峰的強(qiáng)度為自變量，以活力滴定的方法測(cè)定的發(fā)酵液酵母活力為因變量，用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法建立酵母活力與核酸、蛋白質(zhì)和脂類特征峰強(qiáng)度的定量分析模型；
[0048](5)三通閥通向發(fā)酵罐，發(fā)酵液在發(fā)酵罐與樣品池的之間循環(huán)流動(dòng)，通過拉曼探頭實(shí)時(shí)采集發(fā)酵液的拉曼光譜數(shù)據(jù)，對(duì)拉曼光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪、平滑、基線校正后，基于連續(xù)投影算法提取核酸、蛋白質(zhì)和脂類的特征光譜；
[0049](6)將步驟(5)得到的核酸、蛋白質(zhì)和脂類的特征光譜用步驟(4)所述的定量分析模型預(yù)測(cè)酵母活力；
[0050](7)將步驟(6)的預(yù)測(cè)結(jié)果在顯示器上顯示。
[0051]上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于拉曼光譜的釀酒發(fā)酵液酵母活力在線檢測(cè)裝置，其特征在于，包括栗、樣品池、三通閥、流通池、激光器、光纖、拉曼探頭、反射鏡、光譜儀、計(jì)算機(jī)； 所述栗的入口端與發(fā)酵罐的取樣口相連，栗的出口端與樣品池的進(jìn)樣口相連;所述樣品池的出口與三通閥的進(jìn)口相連，所述三通閥的兩個(gè)出口分別與發(fā)酵罐和流通池相連； 所述激光器通過光纖連接于拉曼探頭，所述拉曼探頭的頭部與樣品池的第一表面相連接，所述反射鏡設(shè)于所述樣品池的第二表面上，所述第一表面與第二表面相互平行;所述光譜儀通過通信接口連接于計(jì)算機(jī);所述樣品池由透明材料制成； 所述拉曼探頭通過光纖與光譜儀連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于拉曼光譜的釀酒發(fā)酵液酵母活力在線檢測(cè)裝置，其特征在于，還包括顯示器;所述計(jì)算機(jī)通過通信端口連接于顯示器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于拉曼光譜的釀酒發(fā)酵液酵母活力在線檢測(cè)裝置，其特征在于，所述激光器為可見光激光器或紅外光激光器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于拉曼光譜的釀酒發(fā)酵液酵母活力在線檢測(cè)裝置，其特征在于，所述拉曼探頭為焦距可調(diào)的拉曼探頭。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了基于拉曼光譜的釀酒發(fā)酵液酵母活力在線檢測(cè)裝置，包括泵、樣品池、三通閥、流通池、激光器、光纖、拉曼探頭、反射鏡、光譜儀、計(jì)算機(jī)；所述激光器通過光纖連接于拉曼探頭，所述拉曼探頭的頭部與樣品池的第一表面相連接，所述反射鏡設(shè)于所述樣品池的第二表面上，所述第一表面與第二表面相互平行；所述光譜儀通過通信接口連接于計(jì)算機(jī)；所述樣品池由透明材料制成。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)釀酒過程中發(fā)酵液酵母活力進(jìn)行在線檢測(cè)，對(duì)指導(dǎo)釀酒廠優(yōu)化發(fā)酵過程有著重要的意義，本實(shí)用新型可準(zhǔn)確、快速地測(cè)出發(fā)酵液酵母活力。
【IPC分類】G01N21/65
【公開號(hào)】CN205333518
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201620031217
【發(fā)明人】孫大文, 潘廷跳, 蒲洪彬, 朱志偉, 韓忠
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開日】2016年6月22日
【申請(qǐng)日】2016年1月13日