发布日期：2025-06-06 16:13:12 生物制药行业的竞争核心在于工艺效率与产品质量。生物发酵作为关键环节，其工艺参数的精确控制直接决定了目标产物的产量、纯度与生产成本。传统依赖离线取样、实验室分析的方式存在明显滞后性，如同“盲人摸象”，难以捕捉发酵罐内瞬息万变的代谢状态。如今，基于先进传感技术的实时尾气分析系统升级，正为工艺优化注入强大动力，开启了“眼见为实”的新维度。
发酵过程中，微生物如同精密运转的微工厂，其代谢活动时刻消耗氧气，产生二氧化碳及其他多种挥发性代谢产物（如醇、酸、醛、酮等）。这些气体组分通过尾气排出，其浓度、比例及变化速率，是细胞生理状态、代谢途径活跃度、营养利用效率及潜在胁迫情况的直接反映。
代谢状态的实时镜像：
氧气消耗速率（OUR）和二氧化碳释放速率（CER）的动态平衡，是判断细胞健康状况、生长阶段（对数生长期、稳定期）的关键指标。溶解氧浓度（DO）的剧烈波动或异常气体组分（如乙醇积累）的出现，往往是代谢途径改变、环境胁迫（如供氧不足、底物抑制）甚至染菌风险的早期信号。
工艺瓶颈的精准定位：
通过分析关键气体组分浓度的实时变化，可以精确识别工艺限制因素。例如，氧气摄入速率显著下降可能与传氧效率不足或细胞代谢活力降低有关；特定挥发性副产物的异常累积则提示次级代谢途径活化或营养失衡。
过程放大的可靠依据：
从实验室摇瓶到中试罐再到大规模生产，发酵过程的稳定放大是行业难点。尾气分析提供了跨尺度、可比较的代谢流关键参数（如呼吸商RQ），为工艺稳健转移奠定数据基础。
尾气分析价值的最大化，依赖于实时、在线、多组分、高精度的气体检测能力。新一代实时监测系统的核心突破在于集成了高性能的多组分气体分析仪，这彻底改变了工艺监控的模式。
从“事后诸葛”到“过程先知”：
传统离线分析耗时数小时甚至更久，结果出炉时发酵状态早已改变，指导意义大打折扣。实时监测系统以秒级或分钟级的频率提供连续数据流，使工程师能即时“看见”罐内动态，基于代谢趋势进行主动干预（如调节通气量、补料策略、pH等），而非被动应对已发酵的结果问题。
从“单点盲测”到“全景洞察”：
早期设备往往只能监测O₂和CO₂等少数气体。现代高性能的多组分气体分析仪（如基于红外、激光或拉曼光谱技术的设备）可同时、快速地定量分析尾气中十几种甚至数十种组分（如CH₄, H₂, N₂O, EtOH, AcH等）。这种“全景视野”对于复杂培养基、多阶段发酵或涉及特殊代谢途径（如厌氧代谢、次级代谢产物合成）的工艺至关重要，能揭示更丰富的代谢信息。
赋能智能化工艺控制：
实时、高维度的尾气数据流是构建先进过程控制（APC）和数字孪生模型的核心输入。结合人工智能算法，可实现基于代谢状态的预测性调节（如动态补料）、异常状态预警（如提前识别染菌或代谢异常）、甚至是闭环优化控制，显著提升工艺的稳健性、一致性和产出效率。
先进的尾气实时监测系统，通过提供深层次的代谢过程洞察，成为撬动工艺优化的重要支点：
优化培养基与配方：通过分析不同培养基或补料策略下的实时代谢图谱（如RQ变化、副产物谱），快速筛选更高效的配方，减少无效成分，降低原料成本，并抑制有害副产物生成。
精准控制发酵过程：基于OUR/CER、RQ及关键挥发性产物的趋势，动态调整通气速率、搅拌功率、补料速率和温度等关键参数，使细胞始终处于高效合成目标产物的“甜蜜区”，最大限度提高产量和产率。
缩短批次周期与放大时间：早期识别生长停滞或产物合成完成阶段，可适时终止发酵，减少无效运行时间。全面的尾气数据极大加速了从中试到生产的工艺转移和验证，缩短产品上市周期。
提升质量一致性与合规性：连续的、基于代谢状态的过程控制，显著降低了批次间差异，确保产品质量高度均一。详实的过程数据记录为满足GMP规范和应对审计提供了强有力的电子证据链。
故障诊断与风险预警：实时气体谱的异常变化是工艺偏差或设备故障（如搅拌失效、空气过滤器穿透、染菌）的最敏感前哨。系统能第一时间发出警报，指导排查根源，减少物料损失和停机风险。
鉴知®RS2600气体分析仪基于激光拉曼光谱原理，可检测除惰性气体外的所有气体，可实现多组分气体同时在线分析。
产品优势：
多组分：多组分气体同时监测；
灵敏度高：定量范围ppm~100%，灵敏度为同类产品100倍；
适用广：500+种气体可测，可检测除惰性气体外的所有气体；
秒级响应：单次检测时间< 2s；
维护简单：可耐受高压，直接检测无耗材。
可用于检测：
石化领域可检测CH4甲烷、C2H6乙烷、C3H8丙烷、C2H4乙烯等烃类气体；
氟化工领域可检测F2氟气、BF3氟化硼、PF5五氟化磷、HCl氯化氢、HF氟化氢等腐蚀性气体；
冶金领域可检测N2氮气、H2氢气、 O2氧气、 CO2二氧化碳、 CO一氧化碳等气体；
可检测H2、D2、T2、HD、HT、DT等同位素气体。
鉴知技术简介：
北京鉴知技术有限公司是一家以光谱检测技术为核心的专业公司。基于高灵敏度拉曼光谱技术及智能定量算法，开发了在线气体分析仪和在线拉曼分析仪，已在精细化工，生物制药，钢铁冶金等行业的工艺在线监测中大量使用，为用户显著提升工艺效率和产能。
常见问题：
1.问：为什么发酵尾气分析被称作洞察细胞代谢的“呼吸之窗”？
答： 因为微生物在发酵过程中消耗氧气并释放二氧化碳及其他代谢产物气体，其成分、浓度和变化速率直接反映了细胞实时的生理状态、代谢活跃度、营养利用效率以及是否面临胁迫或异常（如染菌）。分析尾气如同观察细胞的“呼吸”，是间接但实时了解罐内微观生命活动的最重要非侵入性手段之一。
2.问：实时尾气监测相比传统离线分析的核心优势体现在哪里？
答： 核心优势在于“实时性”和“连续性”。离线分析存在严重的时间滞后，结果出来时工艺状态已变，指导价值受限。实时监测提供秒级/分钟级的连续数据流，使工程师能即时掌握代谢动态，基于趋势进行主动干预、优化控制参数（如补料、通气），并在异常发生早期预警，有效预防损失、提升工艺稳健性和效率。
3.问：多组分气体分析仪在现代生物制药发酵监控中扮演什么关键角色？
答： 它是实时监测系统的核心“感知器官”。现代发酵工艺复杂，仅监测O₂和CO₂已不足以全面反映代谢状态。多组分气体分析仪能同时、快速、在线定量分析尾气中的众多组分（如乙醇、氢气、甲烷、氮氧化物、醛酮类等），提供更丰富、更立体的代谢图谱，从而精准识别工艺瓶颈、优化控制策略，并预警异常。
4.问：尾气实时监测如何助力生物制药工艺的放大（Scale-up）？
答： 尾气参数（如呼吸商RQ、氧气消耗速率OUR、二氧化碳释放速率CER）是表征细胞代谢流的关键物理量，具有跨发酵罐规模的可传递性和可比性。实时监测提供这些参数的精确、连续数据，为工艺从小试（Lab）、中试（Pilot）放大到生产规模（Production）建立了可靠的桥梁和数据依据，能显著提高放大成功率，缩短验证周期。
5.问：除了提升产量效率，尾气实时监测对生物制药产品质量有何贡献？
答： 其对提升产品质量一致性至关重要。通过实时监控代谢状态并据此精确调控工艺参数，可以确保不同生产批次间的发酵过程高度一致，从而显著减少最终产品（如抗体、疫苗、酶）的批间差异。同时，详实、连续的尾气数据为生产过程符合GMP规范及应对监管审计提供了强有力的电子证据支持。
