【瑞士步琦】近紅外協助生物發酵制藥過程

介紹

抗生素是制藥工業中最重要的產品之一，而生物發酵技術是抗生素的主要生產方法。生物發酵制藥是利用微生物發酵對藥物進行制備生產。目前可以利用發酵工程進行生產的藥物原料主要是維生素、激素、抗生素和其他生物分子，根據不同發酵類型可分為微生物菌體發酵、維生素酶發酵、代謝產物發酵、生物工程菌發酵，主要生產的藥物則是抗生素類藥物、核苷酸藥物、氨基酸類藥物、激素類藥物、維生素類藥物等。

作為有著悠久歷史的中藥，其資源異常豐富，在傳統生產中也借助發酵這一技術。中藥發酵將藥食同源的中藥材進行萃取提純，再與優選的益生菌菌群進行厭氧發酵，在合適的條件下，對中藥中的有效成分進行轉化，將大分子中藥經過微生物的作用轉化為能夠被人體腸道直接吸收的小分子成分，使其藥效能更快速地作用于患者。盡管中藥非常早期地利用了發酵方法，但其復雜的過程和較為主觀的控制手段使得藥物質量難以得到有效保證。隨著現代生物發酵制藥技術在國內逐步發展，傳統中藥的生產也漸漸邁開現代化的步伐。目前利用現代生物技術可以高效穩定地生產中藥。

不過無論是哪種生物發酵制藥技術，都需要對反應過程進行監控，確保微生物在合適的環境中進行反應。這其中不乏對發酵過程中穩定、壓力、濕度、酸堿等條件進行定期監測，還有一項重要指標能夠反映當前發酵進行的程度，那就是效價。效價是微生物發酵生產的某種活性物質的含量或活性程度，通常隨著發酵時間而增加。通過測定當前發酵液中的效價可以輔助判斷發酵過程和其中主產物的濃度，因此需要定期頻繁地測定發酵液中的效價。常規檢測手段就是取樣進行色譜分離，通過相關物質的峰面積等效得出當前效價，也可通過公式進一步換算成具體的活性濃度。雖然色譜檢測的方法相對準確，但重復批量的檢測依舊會帶來不小的工作壓力。

近紅外光譜分析通過無損快速掃描發酵的光譜信息，借助化學計量學方法，就能在數十秒內檢測出樣品的效價含量，由于近紅外是檢測樣品分子中氫鍵的倍頻和合頻振動吸收信息，多數有機物含量以及水分和 pH 也可同時測定。下面介紹的一個案例就是測量發酵液中的效價含量，采用的是 BUCHI NIRFlex N-500 的標準固體測量池搭配透反射蓋，實現對發酵液體的光譜掃描。所有檢測樣品在實驗前只經過簡單過濾去除雜質。

實驗條件

檢測波長 4000-10000cm^-1，分辨率 8cm^-1，掃描次數 32 次，每個樣品測量三次，共計 171 個樣品，其近紅外光譜圖如下所示。

由于效價是根據色譜出峰的峰面積表示，而峰面積數值較大，建模時對其數據大小進行轉換，所建模型的效果如下所示。

發酵液效價模型范圍為 1.06 至 64.91，SEC 和 SEP 分別為 1.5 和 1.8，說明該模型能夠對發酵液的效價進行快速準確的測定。

結論

上述案例中使用的是步琦一款采用偏振干涉的傅立葉變換型的近紅外光譜儀，相較經典的傅立葉光譜儀，具有更小巧的造型和更強大的抗震動能力。模塊化的測量池可以隨時隨地方便更換，滿足各種形態樣品的檢測需求。雙燈構造及滿足多國藥典和審計追蹤要求的配套軟件，為工業生產分析提供便利的解決方案。如果有近紅外檢測需求，歡迎通過以下方式與我們取得聯系。