生物催化酶的应用日趋广泛,生物催化工艺对医药和食品工业已产生重大影响。在毕赤酵母生产菊粉酶的生物过程中,甲醇催化蛋白酶表达已经是常用的方法之一,而如何快速在线监测甲醇浓度成为生物反应效率的关键。现存的传统方法存在着各种各样的问题,本文以毕赤酵母培养基甲醇溶液的红外光谱为对象,研究了光谱信号去噪、光谱特性分析、反应过程阶段划分和甲醇浓度预测等内容。主要研究工作如下：首先,搭建了光谱实验数据采集平台,设计光谱浓度采集梯度表,对含有甲醇和甘油的培养基溶液进行红外光谱采集。对采集的光谱信号进行频谱分析,并指出了光谱中可能出现的各种噪声,然后,基于小波变换,并通过设计其自动阈值选取规则,实现了红外光谱去噪,其平均信噪比达到了19.786。去噪效果表明,具有自动阈值选取的小波变换要优于普通阈值选取的小波变换。其次,分析了红外光谱的原理和特点,并通过实验得到了甲醇、水、甘油以及其培养基溶液的单独红外光谱以及混合的红外光谱,分析并寻找出每组物质的红外光谱特征峰,考虑各个物质红外光谱的互相重叠和影响,筛选出合适的特征参数,为甲醇浓度的预测打下基础。再次,通过分析发酵过程,得到了甲醇在不同阶段的浓度特点,给出了对毕赤酵母发酵过程分类的必要性,然后基于受限玻尔兹曼机算法,通过特征提取对光谱信号进行反应阶段划分,准确率达到80%。最后,在红外光谱特征分析的基础上,采用改进偏最小二乘法,对提取的主成分给出得分,以削弱特征峰中的无关信息对浓度预测的影响,并由此建立了甲醇-光谱浓度预测模型。预测结果表明了改进偏最小二乘法的有效性。