[實用新型]一種發(fā)酵用脈沖補料控制裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200920075087.3
• 申請日: 2009-07-23
• 公開（公告）號: CN201506795U
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張艷樂;吳子岳;許哲;歐杰;田昌鳳;諸邐瑩
• 申請（專利權(quán)）人: 上海海洋大學
• 主分類號: C12M1/36
• 分類號: C12M1/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種發(fā)酵用脈沖補料控制裝置，尤其是涉及基因工程菌高密度培養(yǎng)用的控制發(fā)酵罐內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)濃度的補料裝置。

背景技術(shù)

近年來隨著基因工程技術(shù)的飛速發(fā)展，重組蛋白和生物酶的商業(yè)化生產(chǎn)逐步地形成和完善。發(fā)酵法生產(chǎn)的重組蛋白，如α-淀粉酶、β-半乳糖苷酶、干擾素-γ等，廣泛應(yīng)用在醫(yī)藥、化學、食品工業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品加工等國民經(jīng)濟諸多行業(yè)。目前生物制藥行業(yè)成為我國重點扶持發(fā)展的高科技行業(yè)之一。而重組蛋白生產(chǎn)能力的不足，成為制約我國生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個關(guān)鍵因素。高密度培養(yǎng)技術(shù)就是為提高重組蛋白的生產(chǎn)能力而發(fā)展起來的一門新興技術(shù)。它具有生產(chǎn)率高、生產(chǎn)成本低、培養(yǎng)體積小、工業(yè)污水少、下游處理方便等諸多優(yōu)點。

由于流加培養(yǎng)操作比較簡單，發(fā)酵周期短，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于基因工程菌的高密度培養(yǎng)過程中。在基因工程菌流加培養(yǎng)的研究與應(yīng)用過程中，對發(fā)酵罐內(nèi)營養(yǎng)物維持濃度及其流加速率的精確控制成為影響基因工程菌發(fā)酵工藝優(yōu)化的主要因素。

其中一種較為先進的補料控制策略為基于基因工程菌的非構(gòu)造式動力學模型的脈沖方式補料策略。采用脈沖補料方式，根據(jù)DO的脈沖反饋信號，使用一些簡單的數(shù)學規(guī)則進行在線模型識別，將碳源的比消耗速率控制在Crabtree效應(yīng)的臨界值附近，進而避免乙酸的產(chǎn)生。在補料速率穩(wěn)定期，通過調(diào)節(jié)攪拌器轉(zhuǎn)速將DO控制在某一水平；在補料速率脈沖變化期，攪拌器轉(zhuǎn)速固定不變，允許DO發(fā)生變化，進而產(chǎn)生DO的脈沖響應(yīng)信號。根據(jù)DO脈沖響應(yīng)信號的不同，在線實時地調(diào)節(jié)補料速率。

發(fā)酵過程的閉環(huán)控制遠落后于其它工業(yè)過程，因而建立與培養(yǎng)設(shè)備相配套的硬件系統(tǒng)及相應(yīng)的控制軟件，實現(xiàn)脈沖補料過程的自動化，將更有效地為科研和生產(chǎn)服務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型根據(jù)脈沖補料控制策略及閉環(huán)控制原理，實現(xiàn)了基于基因工程菌非構(gòu)造式動力學模型的脈沖補料過程的自動化。

本實用新型的技術(shù)方案是，一種發(fā)酵用脈沖補料控制裝置，其特征在于，它包括發(fā)酵罐、脈沖補料控制系統(tǒng)、補料計量系統(tǒng)、攪拌器轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)。

所述的脈沖補料控制系統(tǒng)，包括溶氧電極、A/D轉(zhuǎn)換模塊、工控計算機及專用控制軟件、電壓輸出卡、電壓電流轉(zhuǎn)換模塊、高精度蠕動泵。

所述的脈沖補料控制系統(tǒng)中，首先由工控計算機給出的脈沖補料指令，經(jīng)過電壓輸出卡轉(zhuǎn)換為模擬信號量，然后通過電壓電流轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)化為一定范圍的電流，驅(qū)動高精度蠕動泵工作，然后由溶氧電極將所測得的溶氧值，通過A/D轉(zhuǎn)換模塊傳輸給工控計算機，通過控制軟件計算，指導(dǎo)下一步的補料。

所述的脈沖補料控制系統(tǒng)中，高精度蠕動泵和補料瓶的數(shù)量可根據(jù)需要增加，最多可增加至8個高精度蠕動泵和8補料瓶，每個蠕動泵連接一個補料瓶。同時，通過通訊接口可將該將高精度蠕動泵的補料速率信號實時地傳輸給工控計算機。

所述的脈沖補料控制系統(tǒng)中，電壓電流轉(zhuǎn)換模塊將電壓模擬量轉(zhuǎn)換為電流模擬量，驅(qū)動高精度蠕動泵工作。

所述的補料計量系統(tǒng)，包括電子天平、補料瓶，電子天平和補料瓶的數(shù)量可以根據(jù)需要增加，每個補料瓶對應(yīng)一個電子天平。通過通信接口可將該電子天平所測重量信號實時地傳輸給工控計算機。

所述的攪拌器轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，其特征在于，該攪拌器轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，包括直流伺服電機、直流伺服電機驅(qū)動控制器、電壓輸出卡，直流伺服電機驅(qū)動控制器通過通信接口與工控計算機相連，將攪拌器轉(zhuǎn)速信號實時地傳輸給工控計算機。

本實用新型適合于5、10、50L的發(fā)酵罐，可與已有的全自動發(fā)酵罐配套使用。

附圖說明

圖1為發(fā)酵用脈沖補料控制裝置的系統(tǒng)原理圖。

圖2～圖3為本實用新型工控計算機中控制軟件界面的示意圖。

具體實施方式

為了詳細說明本實用新型的結(jié)構(gòu)及特點所在，舉以下實例并結(jié)合附圖說明如下：

一種發(fā)酵用脈沖補料控制裝置，如圖1所示，它包括發(fā)酵罐1、脈沖補料控制系統(tǒng)、補料計量系統(tǒng)、攪拌器轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)。

所述的脈沖補料控制系統(tǒng)，包括溶氧電極2、A/D轉(zhuǎn)換模塊3、工控計算機及專用控制軟件4、電壓輸出卡6、電壓電流轉(zhuǎn)換模塊7、高精度蠕動泵8。

所述的脈沖補料控制系統(tǒng)中，首先由工控計算機4給出的脈沖補料指令，經(jīng)過電壓輸出卡6轉(zhuǎn)換為模擬信號量，然后通過電壓電流轉(zhuǎn)換模塊7，轉(zhuǎn)化為一定范圍的電流，驅(qū)動高精度蠕動泵8工作，然后由溶氧電極2將所測得的溶氧值，通過A/D轉(zhuǎn)換模塊3傳輸給工控計算機4，通過控制軟件計算，指導(dǎo)下一步的補料。