基于拉曼光谱的酿酒发酵液酵母活力在线检测装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及酿酒发酵过程的检测与控制领域，特别涉及基于拉曼光谱的酿酒发酵液酵母活力在线检测装置及方法。
【背景技术】
[0002]发酵是酿酒过程中最为重要、最关键的环节之一，发酵液酵母质量的好坏直接关系到其发酵产物的产量多少和质量好坏。酵母的质量一般用活性和活力来评价，活性是指细胞的成活能力，酵母活力是指酵母细胞的生理状态，也可理解为活细胞对环境的适应能力和代谢能力。酵母活力是影响发酵性能及口味的重要因素，只有稳定的、高活力的酵母，才能酿造出高质量的酒。因此，如何实现对发酵液酵母活力的在线检测，一直是酿酒行业关心和研究的重点。
[0003]传统的酵母活力测定主要有血球计数板培养法、活力滴定法、酸化力测定法、氧气的吸收法、CO2释放法、镁离子释放法、亚甲蓝还原法等。但这些方法都存在一些缺陷和不足，如灵敏度低；多数测定方法为离线测量，测量过程中可能会引入一些杂菌，影响测量结果;检测时间较长，导致所获得的反馈信息相对滞后，不能及时反映出酵母活力的变化，从而影响对发酵过程的实时监控;有时还需要加入一些荧光染料，非常不利于生产过程的在线检测。
[0004]在酿酒发酵领域，由于发酵液成分的复杂性与多样性，目前已开发出用于发酵液成分检测的装置非常少，没有一种装置可以实现对酿酒发酵过程中发酵液酵母活力的在线检测。
[0005]拉曼光谱作为一种近年来受到广泛关注的光谱检测手段，具有快速、高效、无损分析、无需前处理、无污染等优点，已经成功应用于石油化工、医学、制药、环境保护、考古鉴定、食品安全等领域。但这个方法至今都没有应用于酵母活力的定量分析，更没有用于酿酒过程中发酵液酵母活力的在线检测。
【发明内容】
[0006]为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种基于拉曼光谱的酿酒发酵液酵母活力在线检测装置，可对酿酒过程中发酵液酵母活力进行在线检测，可准确、快速地测出发酵液酵母活力。
[0007]本发明的另一目的在于提供基于上述拉曼光谱的酿酒发酵液酵母活力在线检测装置的基于拉曼光谱的酿酒发酵液酵母活力在线检测方法。
[0008]本发明的目的通过以下技术方案实现:
[0009]基于拉曼光谱的酿酒发酵液酵母活力在线检测装置，包括栗、样品池、三通阀、流通池、激光器、光纤、拉曼探头、反射镜、光谱仪、计算机；
[0010]所述栗的入口端与发酵罐的取样口相连，栗的出口端与样品池的进样口相连;所述样品池的出口与三通阀的进口相连，所述三通阀的两个出口分别与发酵罐和流通池相连；
[0011]所述激光器通过光纤连接于拉曼探头，所述拉曼探头的头部与样品池的第一表面相连接，所述反射镜设于所述样品池的第二表面上，所述第一表面与第二表面相互平行;所述光谱仪通过通信接口连接于计算机;所述样品池由透明材料制成；
[0012]所述拉曼探头通过光纤与光谱仪连接。
[0013]所述的基于拉曼光谱的酿酒发酵液酵母活力在线检测装置，还包括显示器;所述计算机通过通信端口连接于显示器。
[0014]所述激光器为可见光激光器或红外光激光器。
[0015]所述拉曼探头为焦距可调的拉曼探头。
[0016]所述样品池由石英材料制成。
[0017]基于拉曼光谱的酿酒发酵液酵母活力在线检测方法，包括以下步骤:
[0018](I)打开栗，三通阀通向流通池，将待测发酵液引入样品池；
[0019](2)待样品池逐渐装满发酵液后，打开激光器，通过拉曼探头采集发酵液的拉曼光谱数据;对拉曼光谱数据进行去噪、平滑、基线校正后，基于连续投影算法提取核酸、蛋白质和脂类的特征光谱；
[0020](3)样品池中的发酵液经过三通阀进入流通池，在流通池中收集训练样本，用活力滴定的方法测定流通池中发酵液酵母活力；
[0021](4)以核酸、蛋白质和脂类特征峰的强度为自变量，以活力滴定的方法测定的发酵液酵母活力为因变量，用化学计量学方法建立酵母活力与核酸、蛋白质和脂类特征峰强度的定量分析模型；
[0022](5)三通阀通向发酵罐，发酵液在发酵罐与样品池的之间循环流动，通过拉曼探头实时采集发酵液的拉曼光谱数据，对拉曼光谱数据进行去噪、平滑、基线校正后，基于连续投影算法提取核酸、蛋白质和脂类的特征光谱；
[0023](6)将步骤(5)得到的核酸、蛋白质和脂类的特征光谱用步骤(4)所述的定量分析模型预测酵母活力。
[0024]所述的基于拉曼光谱的酿酒发酵液酵母活力在线检测方法，步骤(6)之后进行以下步骤:
[0025](7)将步骤(6)的预测结果在显示器上显示。
[0026]本发明的原理为:
[0027]拉曼光谱定量分析的基础是待测分析物的拉曼强度与其浓度存在一定的比例关系。而在酿酒发酵过程中发酵液酵母活力的变化与其核酸、蛋白质和脂类相关的特征峰的变化直接相关。因此，可以借助拉曼光谱在线检测装置，结合化学计量学方法建立定量分析模型，实现对酿酒过程中发酵液酵母活力的在线检测。
[0028]与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果:
[0029](I)本发明的装置是密闭、循环的，这样既可以避免其他微生物对酵母的污染，又可以避免资源浪费(除训练样本采集外)。
[0030](2)本发明可代替传统离线检测方法，实现发酵液酵母活力的在线检测。
[0031](3)本发明的测试过程不需要破坏样品、接触样品，不需要添加任何荧光染料，属于“绿色”分析技术。
[0032](4)本发明的装置结构紧凑，体积小，装置不仅适用于酿酒工业生产，也适用于实验室小型发酵实验。
[0033](5)本发明的装置维护比较简单，可以长时间连续工作。
[0034](6)在实际生产过程中，可以不断更新训练样本，以确保校正模型的准确性和稳健性。
【附图说明】
[0035]图1为本发明基于拉曼光谱的酿酒发酵液酵母活力在线检测装置的示意图。
[0036]图2为本发明基于拉曼光谱的酿酒发酵液酵母活力在线检测方法的流程图。
【具体实施方式】
[0037]下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0038]实施例
[0039]本实施例的