近红外光谱法定性描述酵母菌的生长过程

王玮+江辉+刘国海+梅从立+吉奕

摘 要 提出了一种基于近红外光谱分析技术的酵母菌生长过程描述方法。利用Antaris Ⅱ型傅里叶变换近红外光谱仪获取酵母菌培养过程中，发酵物样本在10000～4000 cm1范围内的光谱数据，同时采用光电比浊法测定各样本的光密度（Optical density， OD）值； 运用竞争性自适应重加权采样（Competitive adaptive reweighted sampling， CARS）算法优选特征光谱，再利用极限学习机（Extreme learning machine， ELM）建立酵母菌生长过程4个阶段的分类模型。研究结果显示，参与CARS-ELM模型建立的波长个数为30，其10次运行在训练集和测试集中的平均识别率分别为98.68%和97.37%。研究结果表明，利用近红外光谱分析技术结合适当的化学计量学方法描述酵母菌生长过程是可行的。

关键词 酵母菌； 近红外光谱； 竞争性自适应重加权采样法； 极限学习机

1 引 言

在全球能源逐渐匮乏的大环境下，利用酵母菌发酵生物质产酒精作为能源替代品越来越引起重视。在工业生产过程中，酵母菌生长过程的测定对发酵具有重要的指导作用[1～3]。目前，酵母菌检测的方法主要有血球计数板计数法和平板菌落计数法等， 这些方法虽然检测过程直观、快速，但检测结果受操作人员因素影响较大，其稳定性和均一性难以保证[4]。

近红外光是介于紫外可见光和中红外光之间的电磁波，其光谱信息主要来自有机物中含氢基团倍频与合频的吸收，不同基团或同一基团在不同化学环境中的近红外吸收波长与强度都有明显差别，适用于有机化合物理化参数的间接测量[5～7]。……