酶注射式葡萄糖生物传感器的研制

葡萄糖是发酵过程中菌体生长和产物合成的主要碳源。为了稳定产物产量与质量,必须控制葡萄糖在发酵液中的浓度。为了解决现有"固定化酶式"葡萄糖生物传感器难以用于发酵过程葡萄糖在线测量的问题,提出了"酶液式"葡萄糖生物传感器,研制了适用于发酵过程的、在线使用的酶注射式葡萄糖生物传感器。实验结果表明:传感器线性范围为0～100mg/dL,且线性相关系数R2为0.9990,传感器灵敏度为2.59nA/(mg/dL),传感器检测限为0.07mg/dL;传感器重复性较好,对50mg/dL葡萄糖浓度,变异系数(CV)为2.02%。所研制传感器基本满足了发酵过程葡萄糖在线测量的要求。     

电极电容传感器用于菌体浓度在线检测新方法的研究

基于微生物发酵过程菌体细胞的机理特征及发酵液电容率ε-分布的特性 ,提出了一种实时在线检测发酵过程菌体浓度的新方法 ,设计了电极电容式检测传感器和自动在线检测系统 ,并且实验验证了该检测方法的可行性。     

生物发酵过程菌体浓度在线检测系统的设计

利用发酵液在无线电频率范围内的电容率是测量频率与菌体浓度的函数，提出了一种实时在线检测发酵过程菌体浓度的新方法，设计了检测传感器和自动检测系统，并且实验验证了该检测方法及检测系统的可行性。     

发酵过程的建模与优化方法研究

对于发酵这样一个复杂的非线性动态过程,由于在线传感器的缺乏,使得过程中的一些重要状态变量难以在线测量,从而给发酵过程的优化控制带来了极大困难。为此,提出了一种新型的动态网络—递归补偿模糊神经网络方法,实现对发酵过程的建模和状态估计,结果表明该网络能够较为准确地拟合过程的动态特性。进一步采用改进的蚁群算法来对发酵过程的控制变量进行优化,使发酵的产物产量得到提高。该方法应用于多粘菌素的发酵生产过程中,实现了状态变量的在线预估与控制变量的在线优化。     

基于在线检测技术的敏捷软件开发方法的模型

针对敏捷软件开发方法尚未从本质上消除控制滞后性的问题,运用发酵调控学领域的在线检测技术和反馈控制技术,设定三个控制目标函数,设置若干检测参数及控制参数,建立基于在线检测技术以及反馈控制技术的敏捷软件开发方法的模型,研究控制变量、可测变量与控制目标变量三者之间的关系,从而解决控制滞后问题,实现敏捷软件过程的优化。     

基于PLC的发酵过程中pH的流加自控

利用可编程控制器(PLC)精确地控制阀门和蠕动泵的开闭时间、蠕动泵控制中和液的流量来实现发酵过程中的pH的流加自控.供试菌苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)发酵过程中发酵液的pH值得到了较好的控制.     

一种用于在线检测活菌浓度检测系统的研究

基于微生物发酵过程中发酵液电容率β-分布的特性,研究了一种采用电容式传感器在线检测发酵液活菌浓度的检测系统.     

基于LS-SVM模糊推理的谷氨酸发酵过程流加控制*

针对发酵过程发酵阶段具有模糊性的特点,提出了采用最小二乘支持向量机(least square support vector machines, LS-SVM)提取并简化模糊规则的推理优化控制方法。利用能够在线测量的物理量,如CO2生成速率和NH3的添加量等,在线判定发酵过程所处的阶段,然后依据加权平均的方法确定各个时刻葡萄糖的流加策略,完成了对分段连续流加补料的稳定控制。通过实际应用,证明了该方法的有效性。     

一种用于在线检测活菌浓度的检测系统的研究

基于微生物发酵过程中发酵液电容率β-分布的特性，研究了一种采用电容式传感器在线检测发酵液活菌浓度的检测系统。     

补料分批发酵过程优化控制

针对非线性、时变的发酵过程，建立了神经网络模型进行菌体浓度、基质糖浓度和产物浓度的在线估计。采用神经网络非线性预测控制方法，结合遗传算法寻优技术确定发酵过程的优化轨线，通过在线调整实现对优化轨线的跟踪控制。     

基于连续隐Markov 模型的发酵过程软测量方法

针对生物发酵过程中一些生物参量难以用仪表进行在线检测的问题,提出一种基于连续隐Markov模型（CHMM）的发酵过程软测量建模方法.为减少建模过程的计算量,提出了改进最小分类误差准则,用于CHMM软测量模型参数估计.为避免软测量结果在发酵过程监测与控制实际应用中存在的盲目性,提出了在线评价软测量结果可靠性的可信度评价指标.实验结果表明了所提出方法的有效性以及可信度评价指标的实际意义.     

基于USB2831数据采集卡的污水处理在线检测仪设计

采用USB2831数据采集卡与外部其它器件构成污水处理过程监控系统,控制污水处理过程参数和采集过程关健产物的荧光光谱数据,实现污水处理过程在线检测.该仪器不仅应用于污水处理,在啤酒酿造以及发酵领域有很好的应用前景.     

生物发酵过程温度模糊PID控制系统的研究

针时生物发酵过程温度控制的非线性和时变性的特点,设计了一种基于模糊PID的温度控制系统.采用偏差和偏差变化率的变化规律为依据,查询模糊规则表生成控制规则,对发酵过程中难以整定的PID参数进行在线调节.将模糊PID控制算法应用于ε-聚赖氨酸发酵监控系统,对发酵罐的温度进行实时检测控制.通过实验验证了模糊PID的优越性.     

基于FT-NIR光谱技术在线监测乙醇发酵过程的标定建模

针对在线检测乙醇发酵过程中葡萄糖浓度、乙醇浓度和生物量问题，提出了一种基于FT-NIR光谱技术在线检测这些参数的光谱标定建模方法.采用偏稳健M回归（PRM）的方法消除了采集光谱异常值对于标定建模的影响，给出了一种网格搜索寻优方法确定最优因子数和权重系数，并从准确性、稳定性和分辨度三方面给出评价模型指标.结果表明， PRM方法建立的模型具有较好的预测效果.最后，通过对一个乙醇发酵过程的在线监测实验，验证了所提标定建模和在线监测方法的有效性.     

生物工程用可消毒溶解氧电极的研制

该文介绍研制可消毒溶解氧电极的原理、构造、工作方式与主要技术参数.对电极的关键技术和材料的特性进行探讨,研制电极的材料完全使用国产的,电极性能良好.并已应用在生物发酵过程中溶解氧在线检测和控制.     

基于LS_SVM的在线建模方法在大肠杆菌发酵过程中的应用

为了实现大肠杆菌发酵过程菌体浓度基于模型的优化控制,提出一种基于最小二乘支持向量机(LS_SVM)在线建立大肠杆菌发酵过程局部模型的方法.该方法首先将当前批次滑动时间窗内采集到的数据作为查询序列,以动态时间弯曲距离(DTW)为判断时间序列相似性的标准,从历史批次数据库中搜索与之相似度最高的数据区间,组成训练样本集.然后利用LS_SVM在线建立发酵过程的局部模型.最后通过实际的大肠杆菌发酵过程数据,对本建模方法与传统的LS_SVM离线全局建模方法进行了仿真验证.结果显示,本方法在线建立的大肠杆菌发酵过程菌体浓度预估模型具有更高的精度以及动态适应能力.     

基于COM的发酵过程调度优化软件开发

在生物制药多罐并行发酵过程中，关键变量在线检测困难，发酵过程的优化调度决策难度高。本文采用了基于COM的组件化程序设计方法，设计了多罐并行发酵过程的调度优化软件系统。利用该软件，可以实现发酵过程关键变量的超前预报和罐批的在线分类。并给出了以经济效益最优为目标的停罐调度策略。     

微酶电极和可用于发酵监控的流动注射分析系统的研究

利用铂化电极的大表面积吸附萄葡糖氧化酶,构建了一种具有很好操作性能的微酶电极,在0～10mmol/L 葡萄糖浓度范围内具有良好线性,相关系数为0.9998;响应时间<20s;重复性好C.V 为0.26%,利用该微酶电极形成三电极 FIA 系统,具有良好的线性。检测周期短,小于80s 的特点。室温下正常使用,其寿命为一个星期以上,可以用于发酵过程中葡萄糖浓度的在线检测。     

谷氨酸发酵菌体浓度的内模控制

针对由于缺乏可靠的生物传感器,谷氨酸发酵中重要的生物参数—菌体浓度不能在线测量,更不能对其实现控制的情况,提出了基于径向基神经网络的内模控制。既解决了由于谷氨酸发酵内部机理复杂而难以建立菌体浓度模型的难题,又实现了谷氨酸菌体浓度的内模控制;同时也解决了内模控制中逆模型建模的问题。仿真结果表明,该方法实现了谷氨酸菌体浓度的有效控制,鲁棒性强、抗干扰能力好,具有良好的实际应用和推广价值。     

基于软测量的醋酸精馏过程串级预测控制策略

针对醋酸精馏控制中,产品成分无法在线检测并且对产品质量采用温度间接控制存在控制精度低的问题,提出一种基于在线更新小波核函数极限学习机软测量的DMc预测控制策略,其中,在线更新的小波核函数极限学习机软测量实现了塔底醋酸浓度的实时检测,仿真结果表明,在线更新模型的预测精度比离线模型提高52%。将上述在线更新的软测量应用于塔底醋酸浓度闭环预测控制系统中,实现对塔底醋酸浓度的直接质量控制,该系统采用DMc作为醋酸浓度控制器,其输出量作为再沸器蒸汽流量控制器的设定值,与再沸器流量控制构成串级调节系统。控制系统仿真结果表明,该软仪表具有良好的在线预测性能,预测控制系统控制精度高、可以实现产品质量的卡边控制。