1 原位在线检测的技术
1.1 红外光谱技术
很多物质对红外线都有一定的吸收能力，且不同物质有不同特征吸收波段。红外线被吸收的数量与吸收介质的浓度有关，当其通过待测介质后，其强度按指数规律减弱，符合朗伯-比尔定律。将光源的连续谱辐射全部投射到被测样品上，根据样品吸收辐射能的情况来判定被测成分的含量，目前在工业连续分析中应用较多。一直以来，原位过程监测中红外光的传递和高性能红外探头的研制是难以解决的问题。近几年通过研究取得了巨大的突破，如借助光路系统或光导纤维来传递红外光，利用衰减全反射(ATR)原理，采用多次反射复合金刚石、锆等材料制做的红外探头[1]，可适用于包括水溶液或其它强红外吸收溶剂、固体粉末或红外强吸收的样品，红外光进入样品的光程恒定，样品只要与全反射晶体材料紧密贴合即可。1992年，Kun Yu等[2]用在线ATR探头跟踪了蔗糖水解、大肠杆菌发酵等过程，从蔗糖水解过程的红外谱图的变化，可清楚地看到蔗糖吸收峰的吸光度下降，葡萄糖和果糖吸收峰的吸光度增加，亦能判断完全水解所需要的时间，显示出ATR/FTIR用于在线控制过程的优势。
1.2 荧光检测技术
荧光检测可分为酶键合标记法、直接荧光测量法、荧光试剂测量法[3]。
酶键合标记法采用专一性强的键合剂，根据标记与非标记物在键合中心的竞争性反应，测定由键合剂置换下来的溶液含量，由此测知代谢中间物或基质的含量。当采用荧光标记物时，就可以用荧光分析法进行测定。此种测定法多用光导纤维探头。二股光导纤维中的一股用来传输激发用的紫外光，另一股用来接收并传输测定室内(含有荧光标记物、待测物及被固定于光纤表面的键合剂)激发出的荧光，荧光经滤光片后由光敏器件接收，根据光强即可测知待测液中代谢物的浓度。
直接荧光测量法适用于测量自身能够受激发发生荧光的物质，可不加试剂直接在激发光照射下进行比色，由于一定的荧光物质只能吸收一定频率的光，而且能产生荧光的物质发出的荧光波长也不尽相同，因而只要控制激发光和荧光单色器的波长，便可得到好的选择性结果，仪器安装在培养液面下的反应器视镜上，激发光源经滤色片照射到培养液上，待测物产生荧光，荧光强度由光电倍增管测量，反射的激发光及其它波长的荧光在通过滤色片时被滤去。
荧光试剂测量法适用于不能直接受激发出荧光，但具有与荧光素/荧光素酶产生光发射特征的物质。Lasko等[4]将 cDNA(控制荧光素酶合成)插入大肠杆菌的基因中，使其能合成荧光素酶。当往培养基中加入荧光素时，胞内ATP与荧光素在荧光素酶的催化下发生反应，并产生荧光。因荧光强度与ATP浓度有关，所以经验检测荧光可知ATP浓度。
1.3 离子敏场效应晶体管传感技术
是利用胱用舾斜∧せ蛏?锘钚怨δ苣ご?娼鹗艄钩傻男滦陀性窗氲继寤??舾衅骷?Ｋ?肫胀ǖ某⌒Ь?骞艿牟煌??υ谟谇罢呙挥薪鹗粽さ缂??ぜ?橹事懵痘蛟谄浔砻嫔细哺嵌圆煌?胱用舾械哪ぁ５苯?骷?糜诖?馊芤褐惺保?そ橹?或离子敏感膜)直接与待测溶液接触。传感器对离子活度的响应可由栅介质与电解液界面处的电化学势对阈电压的影响来说明: VT=C S×lgai。式中VT为阈电压，C为常数，S为离子敏场效应晶体管的灵敏度，ai为待测离子的活度。当参比电极及晶体管的其它参数恒定时，则阈值电压与待测离子活度的对数呈线性关系。
2 非原位在线检测技术
生化过程的测控通常要求不能污染被测系统，许多传感技术由于不符合此条件或者其他方面的原因而不能用于原位监测，因此需要把发酵液样品连续自动地从发酵罐中取出，然后对样品进行自动分析。目前所有取样技术中应用最广泛的是流动注射分析技术(FlA)，因其消耗样品量极少且可与多种检测方法相结合运用[5]。有时为了选择性地从物系内取样分析，常在取样品上设置连续过滤或渗析装置，如硅管探头允许分子在培养液中进行选择性扩散，因而可以在反应器外分析物质的组成。取样后对样品进行分析的方法有很多，以下为一些比较新颖的检测方法。
2.1 生物传感器
生物传感器利用微生物、酶等活性物质将待测物转化为能被已有成熟的传感器所感知的物质再进行检测。常用的生物传感器主要有酶电极和微生物电极。
酶电极是将酶与电化学传感器相连结用来测量底物浓度的电极，是当待测物与酶膜发生作用时所产生的物质能被电化学传感器检知，从而可通过待测物与转化物质之间的对应关系推定待测物质的浓度。叶帮策等[6]利用谷氨酸氧化酶共价偶联于硅烷化铂丝表面构建一种简单的微酶电极，应用于流动注射分析系统来测量谷氨酸含量，测量范围0~2×10-3mol/L，响应时间小于60s。另外，除了将酶与电化学传感器相结合外，还可将其与其他的分析方法联合进行检测。如周宜开等[7]提出用固定化酶-化学发光分析法测定葡萄糖并在此基础上构建一种新型葡萄糖传感器(由固定化酶膜、光敏二极管及醋酸纤维滤膜构成)，检测下限为0.5
ppm，可连续测定200个样品。
微生物电极与酶电极原理基本相同，只不过将酶膜换成微生物即可。王永祥等[8]将大肠杆菌215用吸附法固定于醋酸纤维素膜上，与氧电极配合组成微生物电极，建立了对维生素Bl2的快速测定系统，测定浓度范围5×10-5--2.5×10-6mg/ml,测定-个样品所需时间为2h。
除了以上所提到的，近年来又经研究设计了一种压电生物传感器，是把生物敏感元件固定在石英林晶体上所组成的一种新型生物传感器[9]。当一层外来物沉积于双面镀金AT切型石英晶体表面时，晶体的表面质量增加，从而引起谐振频率的变化，它们之间的变化关系(压电质量传感的理论基础)为Sauerbrey方程: ΔF/=-2.26×lO-6F2Δm/A。式中F为晶体天然谐振频率(Hz)，Δm为沉积在晶体表面的质量变化(g)，ΔF为晶体频率的变化(Hz)，A为参与晶振的面积(cm2)。压电生物传感技术得到迅速发展，应用广泛。Su等在石英晶体表面固定DNA，用于检测抗癌铂药物的含量，检测限为l0-7mol/L[10]；Liu等使用串联电极压电晶体传感器对L-谷氨酸进行检测，检测限为3.8×lO-5mol/L[11]。
2.2 核磁共振(NMR)
如同紫外线或红外线的吸收会产生电子跃迁一样，吸收适当频率的电磁辐射线也能引起由强磁场产生的原子核磁级的跃迁。分子环境影响磁场中原子核的吸收，影响因素与分子结构有关。测量系统由一个高频源、磁场及其它装置成直角安装的高频检测装置组成。加入样品后，接收器中出现信号。光谱由磁场或者高频的扫描产生，光谱中各个峰面积与样品的量成正比。用于生化过程检测的质子核磁共振需碳-13核磁共振来说明，因其为生物结构的需要，而且碳-13核磁共振能提供分离得更好、更窄、更少的峰。NMR除与FIA技术结合应用以外，也可直接进行检测。Sarazin等[12]采用NMR法对正丁醇与辛酸在角质化酶的催化下发生酯化反应的过程进行了检测，由于使用一种内有NMR管的分光探头，包括水在内的所有成份的浓度可被实时原位地检测出。
2.3 质谱分析
根据待测物的质量与电荷的比例关系，质谱仪能提供试样中不同分子量物质的浓度数据，并在磁场中将离子化了的气体样品进行分离。质谱仪可以通过对间歇发酵罐中易挥发成分或尾气成分的分析间接得到培养液中化学组成变化的信息。当硅管探头与质谱仪一起使用时，它能对多级发酵罐进行精确测量。Srinivasan等[5]研究了一种耐酒精基因工程酵母1400对葡萄糖进行发酵，并采用膜进样质谱分析法(MIMS)结合FlA技术对发酵底物葡萄糖，主要产物乙醇及微量产物乳酸和甘油的浓度进行了在线监测，避免了由于底物葡萄糖浓度过高而阻碍乙醇生成的现象发生，从而提高了乙醇产量。Hansen[13]采用MIMS结合FIA技术对青霉素V发酵进行了在线监测，迅速简便，结果准确。
2.4 生物分子交感分析(biomolecular interaction analysis，BlA)
BIA技术是基于一种表面等离子共振(SPR)的物理光学现象发展起来的新型生物传感分析技术。当入射光以临界角入射到两种不同透明介质的界面时将产生全反射，且反射光强度在各个角度上都应相同，但若在介质表面镀上一层金属薄膜后，由于入射光可引起金属中自由电子的共振，从而导致反射光在一定角度内大大减弱，其中使反射光完全消失的角度称作共振角。共振角会随金属薄膜表面通过的液相的折射率的改变而改变，巳折射率的变化又可结合作金属表面的生物大分子质量成正比。因此，BlA技术可以通过对反应全过程中各种分子反射光的吸收获得初始数据，并经相关处理获得结果。用SPR检测器所得的信息可直接来自表面的样品，也可间接来自能与样品特异结合的相关试剂，且该相关试剂一方面可以放大样品信号，另一方面还可以从粗样品的嘈杂信号中获得微量待测样品的特异性信号。BlA技
术分析装置一般由传感片(实时信号传导的载体)、微射流卡盘(液体传送系统)、BIA操作辅助软件三部分组成。
2.5 色谱分析技术
色谱分析技术从其出现到目前为止已发展得相当成熟，在生化过程离线检测中应用广泛。但近几年来，随着技术的发展，已逐渐将色谱法用于在线检测，多与硅管探头取样装置或FlA技术相结合使用。特别是高效液相色谱和气相色谱将分离与连续检测相结合，实现了对复杂体系中组分、价态和性质相近的元素或化合物的分析，比较广泛地用于培养液中许多成分的测定[14]。
3 各检测技术的应用前景分析
目前存在的各种在线检测技术都具有自身的特点，在不同程度上反映了生物过程的变化信息。总的来说，能实现原位检测的技术有更大的发展优势，因非原位检测需将培养液引流出反应器，从而存在一定时间滞后、过滤膜易被菌体堵塞等缺点。
红外光谱技术的新型探头能耐高温灭菌，可承受高压、强酸、强碱环境，实现原位监测，适用面广。体系中存在气泡、固体颗粒、悬浮物不干扰测定，且不破坏样品。不影响正常培养过程。但当多组分共存时谱峰重叠现象普遍。目前化学计量学中对混合物多成分同时定量分析的迅速发展，重叠峰分解、多元非线性修正、多次叠加平均、因子分析、偏最小二乘法等对不同样品和测量误差的计算和修正等的发展，为避免红外光谱这一缺陷提供了条件和可能性。
荧光分析法灵敏度很高，其中酶键合标记法所用的光纤探头因未使用固定化生物活性物质，能承受高温灭菌处理，若在同一传感器内放入多种键合剂，可同时测定多个代谢物。直接荧光测量法简便易行，不用另加试剂。但酶键合标记法所使用的电极易受其它代谢物干扰，专一性不如酶电极。同时培养液温度、粘度、pH值以及光散射，荧光淬灭现象对荧光分析均有影响。在实际测试中，应根据不同的对象、不同的影响因素，分清主次，依具体情况采用合理的措施，以得到准确的结果。
离子敏场效应晶体管具有高输入阻抗、低输出阻抗、响应快、抗干扰及灵敏度高等优点，且这种传感器体积很小，价格低廉，可望广泛用于实际检测中。核磁共振技术可对过程流体及其组成进行非接触、不干扰的测量；BIA技术能快速自动化，且样品也无需标记，均是有广阔发展前景的技术。
生物传感器灵敏、专一、微量、快速、准确，具有特异的生物分子识别功能均快速的物理化学方法相结合的特点，其中压电技术仪器装置简单，无需标记物。但此类传感器均不能
经受高温灭菌，且微生物电极有易导致物质染菌的缺点。
质谱分析技术偏差小、响应快、精度高、维修问题少，但仪器设备昂贵，不讨微处理机的问世有助于降低质谱仪的价格，也降低了调节它的复杂性。
色谱分析技术虽然发展成熟，测定精确，但其需复杂的预处理，测样时间长；是一种理想的在线检测技术。