近红外光谱技术具有分析速度快、测量准确性高、测量方式多等优点,现已在国内外多个工程领域得到越来越多的应用。生物乙醇作为新能源的一种,对当今世界的发展越来越重要。生物发酵是生产乙醇的一种重要方式,然而现有乙醇发酵过程主要采用离线检测方式,具有不准确、耗时长等缺点。因此实现在线检测具有重要意义。本文首先介绍应用近红外光谱技术测量生物发酵过程组分参数的主要步骤以及现有的一些光谱预处理方法,包括经典的建模方法如偏最小二乘法(PLS)和偏稳健M回归(PRM)方法,以及模型评价指标如相关系数R~2、预测集均方根误差(RMSEP)和范围误差比(RPD)。对于在线检测乙醇发酵过程底物浓度、产物浓度以及生物量,提出一种近红外光谱联合标定建模方法。通过分析乙醇发酵过程中底物浓度、产物浓度以及生物量之间的关联性,给出基于组分偶联性的联合建模方法。此外,采用PRM方法对乙醇发酵过程各组分分别进行单组分建模。采用模型评价参数指标对这两种建模方法进行比较。实验结果表明,相较于单组分建模方法,联合建模方法不仅可以提高建模效率,而且具有更好的预测效果。对于味精生产工艺中的谷氨酸发酵过程,设计一种基于近红外光谱仪的离线测量方案和生产车间在线检测实验平台。考虑到谷氨酸发酵过程中底物葡萄糖、产物谷氨酸以及酵母菌之间具有关联性,采用联合标定建模方法进行光谱建模,并且提出一种基于粒子群优化(PSO)算法的模型参数寻优方法,可以明显提高模型预测精度。实验结果验证所提出方法的可行性和优点。