隨著生物工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，其生產(chǎn)設(shè)備和規(guī)模不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)過程的強(qiáng)化，對自動控制技術(shù)的要求越來越迫切，對生化過程實行優(yōu)化控制，可穩(wěn)定生產(chǎn)，提高得率，降低消耗，增加效益。然而，微生物發(fā)酵過程，不同于一般的過程工業(yè)，由于它涉及生命體的生長繁殖過程，機(jī)理十分復(fù)雜，至今還有許多發(fā)酵過程信息無法測量，這給發(fā)酵過程優(yōu)化控制帶來極大的困難。浙江浙大中自集成控制工程技術(shù)有限公司依托浙江大學(xué)工業(yè)自動化國家工程研究中心和浙江大學(xué)工業(yè)自動化國家重點(diǎn)實驗室強(qiáng)有力的，長期從事化工、輕工及生化過程的模型化與控制，積累了豐富的經(jīng)驗，開發(fā)了多套成型、成套的系統(tǒng)化生化控制系統(tǒng)，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
影響發(fā)酵過程的兩個主要因素是發(fā)酵培養(yǎng)基和發(fā)酵條件，在培養(yǎng)基配方基本固定的情況下，發(fā)酵條件是影響過程代謝變化的主要方面。根據(jù)那些反映發(fā)酵條件和代謝變化的參數(shù)，參照代謝變化規(guī)律來控制以下發(fā)酵條件，盡可能縮短菌體生長期，延長產(chǎn)物合成期，使菌體生長既迅速而又不易衰老，并保持產(chǎn)物的zui大生產(chǎn)速率，從而達(dá)到提高zui終產(chǎn)物產(chǎn)量的目的。
針對系統(tǒng)具體情況，采用以下控制與檢測手段：
一．罐壓的檢測與手動控制
為防染菌必須維持發(fā)酵罐為正壓，這里，通過本地壓力表監(jiān)視罐壓，以手動調(diào)節(jié)發(fā)酵罐空氣流量來定值控制罐壓。
二．罐溫的監(jiān)視與手動控制
發(fā)酵罐的溫度一方面通過改變發(fā)酵液的物理性質(zhì)間接作用于產(chǎn)生菌的代謝活動；另一方面通過對酶活性的影響直接作用于菌體生長和產(chǎn)物合成。在整個發(fā)酵過程中，不同的階段對應(yīng)于不同的適宜溫度。一般在菌體生長期和產(chǎn)物合成期，可以選擇不同的zui適宜溫度。變溫操作比恒溫操作能得到更高產(chǎn)率。溫度通過計算機(jī)進(jìn)行監(jiān)視、記錄；溫度的控制是通過手動調(diào)節(jié)蒸汽流量及冷卻水流量來實現(xiàn)的，以期達(dá)到*的溫度控制曲線。
三．ph值控制
在發(fā)酵過程中，菌種、培養(yǎng)基和發(fā)酵條件決定著ph值的變化。ph的變化會影響酶的活力，并有可能改變菌體代謝的途徑及細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能。由于本系統(tǒng)發(fā)酵過程偏酸性，可以通過單向加堿性物質(zhì)來調(diào)節(jié)ph值。
四．通風(fēng)量、溶解氧的監(jiān)視與手動控制
對代謝產(chǎn)物的好氣產(chǎn)生菌來說，其氧化有機(jī)碳水化合物的過程需耗氧氣，才能獲得大量的能量來滿足菌體的生長、繁殖以及產(chǎn)物合成的需要。供氧和耗氧的動態(tài)平衡決定著溶氧水平的高低，溶氧低峰值低于臨界值時，發(fā)酵液可能出現(xiàn)酸敗。為使發(fā)酵正常進(jìn)行，必須協(xié)調(diào)好氧的供需關(guān)系，以減少溶氧的低峰數(shù)或使低峰值高于臨界值。通過對溶解氧的監(jiān)測，分析總結(jié)*通風(fēng)量控制曲線，并以此為依據(jù)進(jìn)行通風(fēng)量的手動控制。
五．補(bǔ)料控制
在發(fā)酵前期，基質(zhì)的消耗主要用于菌體發(fā)育、生長和繁殖。而在中后期，則更多地用于產(chǎn)物的合成?；|(zhì)濃度過低，對生長不利，但過量又會導(dǎo)致代謝向合成菌體的方向進(jìn)行，有時甚至抑制產(chǎn)物的合成。因此，培養(yǎng)基基質(zhì)成分只能保證前期菌體的生長需要，而在中后期，為保證一定的基質(zhì)濃度以延長產(chǎn)物分泌期，保持zui大生產(chǎn)速率，通常采用補(bǔ)料的方法控制基質(zhì)濃度。系統(tǒng)根據(jù)發(fā)酵過程不同階段的需要，以*補(bǔ)料曲線控制補(bǔ)料量。
本系統(tǒng)通過現(xiàn)場的在線數(shù)據(jù)采集以及鍵盤輸入大量的過程測量、分析特性參數(shù)值輸入到計算機(jī)內(nèi)，并進(jìn)行必要的處理、計算、存貯。據(jù)這些參數(shù)所反映的過程代謝變化狀態(tài)，實時控制。系統(tǒng)可定時或根據(jù)操作者的實際需要，隨時顯示過程特性參數(shù)的歷史曲線，打印過程特性參數(shù)、日、周期、月報表。這為進(jìn)一步積累可靠的工作經(jīng)驗，探索新的更復(fù)雜的以及更有效的控制知識和規(guī)律以及實現(xiàn)科學(xué)化管理創(chuàng)造條件。