所属行业：生物发酵 / 营养健康原料

应用产品：RS2100在线拉曼分析仪 +  + PR212生物浸入式探头（耐受CIP/SIP原位灭菌）

发酵过程的“过程之眼”，让胞内产物实时可见

▍行业背景

虾青素（Astaxanthin）是自然界抗氧化活性最强的天然色素之一，属酮式类胡萝卜素，广泛应用于三文鱼、对虾等水产饲料着色，以及保健品、化妆品、医药等领域，市场需求持续增长。微生物发酵是天然虾青素的重要来源，其中红法夫酵母（Phaffia rhodozyma）发酵凭借周期短、可控性强、可规模化生产等优势，是虾青素工业化生产的重要路径。

与青霉素、红霉素等胞外分泌型抗生素不同，虾青素是典型的胞内产物——在酵母细胞内合成并积累，发酵液上清中几乎不含游离虾青素，且合成过程中伴随番茄红素、β-胡萝卜素等多种中间产物的动态转化。这种“产物在胞内、中间产物多元”的特性，决定了其检测与过程控制的特殊难度。

红法夫酵母发酵虾青素的核心在于平衡“生长”与“积累”这一对矛盾：前期高碳氮比促进菌体快速生长，后期限氮诱导虾青素大量积累。葡萄糖浓度过高会抑制虾青素合成，溶氧低于临界值同样限制类胡萝卜素形成。因此，精准把控两阶段切换时机与碳源、溶氧供给，是提升虾青素产量的关键。

虾青素分子含长链共轭双键，类胡萝卜素骨架具有强烈的拉曼响应，在1154 cm⁻¹处呈现类胡萝卜素的共有主特征峰，这使其成为拉曼光谱原位在线监测的天然理想对象。

▍客户痛点

虾青素为胞内产物，传统检测需人工取样、离心收集菌体、破壁处理、有机溶剂萃取，再用紫外-可见分光光度法或HPLC测定，单次流程耗时数小时至数天，无法及时反馈罐内真实状态。

虾青素合成过程中番茄红素、β-胡萝卜素等中间产物的动态变化，以及β-胡萝卜素向虾青素的转化进程，离线检测几乎无法实时追踪。补料与阶段切换决策只能依赖“经验+滞后数据”，极易错过最佳积累窗口，导致产量偏低、工艺优化周期长。

反复取样破坏无菌屏障，染菌风险高，还消耗宝贵菌液；胞内虾青素含量的“盲区”使批次间含量波动大，质量一致性难以保障。

▍鉴知解决方案

鉴知技术采用RS2100在线拉曼分析仪，搭配PR212生物浸入式探头（耐受CIP/SIP原位灭菌设计），直接插入发酵罐内，原位无损监测菌体生物量、葡萄糖、虾青素及其中间产物等多参数的实时变化。

图1. RS2100对胞内色素发酵过程进行实时监测

图2. 发酵过程OD、葡萄糖、虾青素及胡萝卜素拉曼值与离线检测值对比

·       原位无损：探头直接浸入发酵液，无需取样、无需破壁提取，直接读取胞内虾青素信号，从源头消除染菌风险

·       实时监测：无需等待处理时间，3分钟内实时出数，调控更及时

·       中间产物解析：可同步监测胡萝卜素与虾青素、番茄红素多种色素的动态变化，揭示中间产物→虾青素的转化进程

·       其他关键参数同步监测：OD、糖、氨氮等关键参数同步监测，综合调节，工艺优化更高效

·       实时互联：数据秒级回传中控系统（Modbus协议），24小时连续监测，支撑闭环补料与阶段切换

·       智能建模：自学习建模与一键自动建模，快速构建定量分析模型，适配不同菌株与培养基配方

▍应用价值

·       数据量：从每天数条离线数据提升至千条级实时数据

·       响应速度：从数小时/数天缩短至秒级

·       检测效率：省去破壁—萃取—色谱的繁琐流程，单点检测成本大幅下降

·       转化可视：实时追踪中间产物→虾青素转化，精准把控补料时机与积累窗口

·       产量提升：精准平衡“生长—积累”两阶段，虾青素产量显著提升

·       安全性：彻底消除取样染菌风险，不消耗菌液

·       经济效益：ROI回收期约1~2年

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