生物发酵技术广泛应用于医药、食品、能源等多个领域，产物浓度作为发酵过程中的核心指标，直接影响产品质量、生产效率与成本控制。传统离线检测方式存在滞后性，无法实时反映发酵体系动态变化，易导致发酵过程失控、产物收率下降。在线监测技术可实时捕捉产物浓度变化，为发酵过程调控提供精准数据支撑，其中拉曼光谱技术是应用前景广阔的核心技术之一，同时还有多种适配不同场景的在线监测技术，共同助力发酵产业高质量发展。

一、拉曼光谱在线监测技术：非破坏性多组分同步检测核心技术

拉曼光谱在线监测技术基于拉曼散射效应，利用特定波长的激光照射发酵液样品，样品中不同物质的分子会产生独特的拉曼散射光谱，其光谱峰的位置、强度与物质浓度存在明确关联，通过光谱解析与定量模型计算，可实时获取产物浓度数据。该技术无需对发酵液进行取样预处理，能实现非破坏性检测，避免破坏发酵体系的稳定性，同时不消耗试剂，减少检测过程对环境的影响与检测成本。

在应用场景中，拉曼光谱技术对水不敏感，特别适配水溶液为主的生物发酵体系，可同时监测多种产物、底物及中间代谢物的浓度，无需更换检测模块，适配抗生素、氨基酸、生物乙醇等多种发酵产物的监测需求。其检测响应速度较快，能在几分钟内完成一次浓度检测，满足发酵过程实时调控的需求，检测精度可达到毫克每升级别，能精准捕捉产物浓度的细微变化。

该技术的局限性主要在于，发酵液中的菌体、蛋白质等物质可能产生光散射干扰，影响光谱解析的准确性，需通过优化光谱校正模型减少干扰；同时，检测设备的初期投入相对较高，需结合发酵生产的规模与需求合理选用。

鉴知RS2000/RS2000-4系列在线拉曼分析仪 ，对发酵液/培养液原位、连续在线监测，实时补料反馈，实现精准过程控制。                  

快速：几秒内获取数据

原位：无需取样，不消耗菌液，无染菌风险

通用：多规格检测配件适配不同发酵罐，耐高温高压灭菌

直观：实时显示原料、产物等多组分变化趋势

智能化：支持自优化离线建模和全自动在线建模

数字化：数据可通过Modbus协议上传中控系统，实现发酵状态实时控制

二、近红外光谱在线监测技术：便捷高效的常规监测手段

近红外光谱在线监测技术属于振动光谱技术，利用近红外光照射发酵液，通过检测发酵液中物质分子的含氢基团振动吸收特性，获取特征光谱信息，再结合化学计量学模型，建立光谱数据与产物浓度的关联，实现实时定量检测。该技术操作简便，检测设备结构相对简单，适配大规模工业发酵场景的长期连续监测。

其核心优势在于多参数同步检测能力，可在监测产物浓度的同时，同步获取发酵液中菌体密度、pH值、底物浓度等多种关键参数，为发酵过程的综合调控提供全面数据支撑；且适配高粘度发酵液体系，在丝状真菌发酵等特殊场景中具有较好的适用性。检测过程无需消耗试剂，响应速度较快，能满足发酵过程动态调控的基本需求。

该技术的不足的是，检测特异性相对较差，对于成分复杂的发酵体系，不同物质的光谱峰可能存在重叠，影响检测精度；其检测准确性高度依赖定量模型的质量，模型需涵盖不同批次发酵的工艺变异，需定期维护与优化。

三、生物传感器在线监测技术：高特异性靶向检测技术

生物传感器在线监测技术以生物识别元件为核心，将酶、微生物、抗原抗体等具有特异性识别能力的生物材料固定于传感器表面，当发酵液中的目标产物与生物识别元件结合时，会产生电化学、光学等信号变化，通过信号转换与放大，实现产物浓度的实时检测。该技术的核心特点是特异性强，能精准识别目标产物，不受发酵液中其他杂质的干扰。

在应用中，生物传感器检测限较低，可实现低浓度发酵产物的精准监测，适配氨基酸、有机酸等小分子产物的发酵监测需求；检测响应速度快，部分类型的生物传感器响应时间可控制在几秒内，能及时反馈产物浓度变化，为快速调控补料策略提供支撑。其设备体积相对小巧，可灵活安装于不同规格的发酵罐，适配中小型发酵生产场景。

该技术的局限性主要体现在稳定性不足，生物识别元件易受发酵液温度、pH值等环境因素影响，导致检测精度下降，需定期更换生物识别元件；同时，每种生物传感器通常仅能检测一种目标产物，适配性相对单一，对于多产物发酵体系需搭配多种传感器使用。

四、在线高效液相色谱监测技术：高精度定量检测方案

在线高效液相色谱监测技术基于物质在固定相和流动相之间的分配系数差异，通过在线取样模块自动抽取少量发酵液，经预处理后送入色谱柱进行分离，再通过检测器检测分离后的目标产物，根据色谱峰面积与浓度的线性关系，计算产物浓度。该技术的核心优势是检测精度高，能实现微量产物的精准定量，适合对检测精度要求较高的发酵场景，如医药中间体发酵。

其检测特异性较强，可有效分离发酵液中的目标产物与杂质，避免干扰，检测结果的可靠性较高；同时，可适配多种类型的发酵产物，包括大分子蛋白、小分子化合物等，适用范围较广。该技术可与发酵控制系统联动，根据实时检测的产物浓度，自动调控补料速率、发酵温度等参数，实现发酵过程的自动化调控。

不足之处在于，检测周期相对较长，一次检测通常需要十几分钟甚至更长时间，难以满足快速调控的需求；在线取样与预处理模块易出现堵塞、污染等问题，需定期维护，且设备投入与运行成本相对较高，更适合高端发酵产品的生产监测。

结语：

综上，生物发酵产物浓度在线监测技术各有特点，拉曼光谱技术凭借非破坏性、多组分同步检测的优势，成为中高端发酵生产的优选技术；近红外光谱技术适配大规模常规监测，生物传感器适合高特异性靶向检测，在线高效液相色谱适合高精度需求场景。

未来，随着人工智能与传感器技术的融合，在线监测技术将向多技术联用、智能化优化方向发展，通过模型优化提升抗干扰能力，降低设备成本，进一步提升发酵过程的可控性与稳定性，助力发酵产业实现高效、绿色、精准生产。