[发明专利]微生物发酵控制方法、装置、系统、设备及介质

说明书

本发明涉及微生物发酵控制领域，具体提供了一种微生物发酵控制方法、装置、系统、设备及介质，所述微生物发酵控制方法包括：采集微生物的发酵过程的尾气监测数据；输入所述尾气监测数据至定量关系模型进行数据分析，由所述定量关系模型输出底物消耗速率；根据所述底物消耗速率确定补料速度指令；所述补料速度指令用于指示根据补料速度向发酵过程中补料。本发明通过精确的量化控制补料，实现对于聚羟基脂肪酸酯整个发酵过程的实时监测及精准控制，有效提高PHA的生产强度和发酵稳定性。

技术领域

本发明涉及微生物发酵领域，尤其涉及一种微生物发酵控制方法、装置、系统、设备及介质。

背景技术

聚羟基脂肪酸酯(PHA)主要以糖类或脂类物质作为碳源发酵来生产，为了保证达到较高的PHA产量，通常需要对整个发酵过程进行调控，常用的发酵过程控制工艺大多以酸碱度、溶氧、温度、压力等参数作为控制策略的依据或手段，然而这些参数大多只能反映出反应体系的物化特性，在通过这些参数实现发酵过程的控制时，由于控制过程的不稳定，会降低发酵生产能力，最终影响发酵的产量及发酵质量。

发明内容

本发明提供一种微生物发酵控制方法、装置、系统、设备及介质，用以解决现有微生物发酵技术存在的发酵生产能力低下技术缺陷，本发明能够基于尾气监测数据调整补料速率，进而量化调控发酵过程，提高发酵过程稳定性。

第一方面，本发明提供了一种微生物发酵控制方法，包括：

采集微生物的发酵过程的尾气监测数据；

输入所述尾气监测数据至定量关系模型进行数据分析，由所述定量关系模型输出底物消耗速率；

根据所述底物消耗速率确定的补料速度指令；

所述补料速度指令用于指示根据补料速度向发酵过程中补料。

根据本发明提供的微生物发酵控制方法，所述尾气监测数据包括氧气消耗速率、二氧化碳生成速率、PHA合成耗氧速率、PHA合成CO₂释放速率、细胞呼吸耗氧速率、细胞呼吸CO₂释放速率。

根据本发明提供的微生物发酵控制方法，所述定量关系模型，用于基于氧气消耗速率、二氧化碳生成速率以及底物转化率之间建立的定量关系计算出所述底物消耗速率；

所述定量关系模型具体执行以下步骤：

根据所述二氧化碳生成速率以及第一系数确定二氧化碳生成分量；

根据所述氧气消耗速率以及所述二氧化碳生成分量确定消耗差值；

根据所述消耗差值以及第二系数确定消耗分量；

根据所述消耗分量以及底物转化率确定底物消耗速率；

所述第一系数由细胞呼吸耗氧速率与细胞呼吸CO₂释放速率计算而来；所述第二系数由所述第一系数、PHA合成耗氧速率以及PHA合成耗氧量、PHA合成CO₂释放速率计算而来。

根据本发明提供的微生物发酵控制方法，还包括：

输入所述氧气消耗速率至发酵阶段确认模型，由所述发酵阶段确认模型确认当前的目标发酵阶段，基于当前的目标发酵阶段确认补料程序的开始与结束；

以及基于当前的目标发酵阶段，确认所述目标发酵阶段对应的补料控制区间；基于所述补料控制区间的数值结合所述底物消耗速率调控所述补料速度。

根据本发明提供的微生物发酵控制方法，所述目标发酵阶段包括发酵初始阶段、发酵增长阶段、发酵稳定阶段以及发酵衰亡阶段，对应的补料控制区间分别为：预设补料速度、第一补料控制区间、第二补料控制区间、第三补料控制区间；