[实用新型]一种发酵用脉冲补料控制装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种发酵用脉冲补料控制装置，尤其是涉及基因工程菌高密度培养用的控制发酵罐内营养物质浓度的补料装置。

背景技术

近年来随着基因工程技术的飞速发展，重组蛋白和生物酶的商业化生产逐步地形成和完善。发酵法生产的重组蛋白，如α-淀粉酶、β-半乳糖苷酶、干扰素-γ等，广泛应用在医药、化学、食品工业、农产品加工等国民经济诸多行业。目前生物制药行业成为我国重点扶持发展的高科技行业之一。而重组蛋白生产能力的不足，成为制约我国生物医药产业发展的一个关键因素。高密度培养技术就是为提高重组蛋白的生产能力而发展起来的一门新兴技术。它具有生产率高、生产成本低、培养体积小、工业污水少、下游处理方便等诸多优点。

由于流加培养操作比较简单，发酵周期短，目前已经广泛应用于基因工程菌的高密度培养过程中。在基因工程菌流加培养的研究与应用过程中，对发酵罐内营养物维持浓度及其流加速率的精确控制成为影响基因工程菌发酵工艺优化的主要因素。

其中一种较为先进的补料控制策略为基于基因工程菌的非构造式动力学模型的脉冲方式补料策略。采用脉冲补料方式，根据DO的脉冲反馈信号，使用一些简单的数学规则进行在线模型识别，将碳源的比消耗速率控制在Crabtree效应的临界值附近，进而避免乙酸的产生。在补料速率稳定期，通过调节搅拌器转速将DO控制在某一水平；在补料速率脉冲变化期，搅拌器转速固定不变，允许DO发生变化，进而产生DO的脉冲响应信号。根据DO脉冲响应信号的不同，在线实时地调节补料速率。

发酵过程的闭环控制远落后于其它工业过程，因而建立与培养设备相配套的硬件系统及相应的控制软件，实现脉冲补料过程的自动化，将更有效地为科研和生产服务。

发明内容

本实用新型根据脉冲补料控制策略及闭环控制原理，实现了基于基因工程菌非构造式动力学模型的脉冲补料过程的自动化。

本实用新型的技术方案是，一种发酵用脉冲补料控制装置，其特征在于，它包括发酵罐、脉冲补料控制系统、补料计量系统、搅拌器转速控制系统。

所述的脉冲补料控制系统，包括溶氧电极、A/D转换模块、工控计算机及专用控制软件、电压输出卡、电压电流转换模块、高精度蠕动泵。

所述的脉冲补料控制系统中，首先由工控计算机给出的脉冲补料指令，经过电压输出卡转换为模拟信号量，然后通过电压电流转换模块，转化为一定范围的电流，驱动高精度蠕动泵工作，然后由溶氧电极将所测得的溶氧值，通过A/D转换模块传输给工控计算机，通过控制软件计算，指导下一步的补料。

所述的脉冲补料控制系统中，高精度蠕动泵和补料瓶的数量可根据需要增加，最多可增加至8个高精度蠕动泵和8补料瓶，每个蠕动泵连接一个补料瓶。同时，通过通讯接口可将该将高精度蠕动泵的补料速率信号实时地传输给工控计算机。

所述的脉冲补料控制系统中，电压电流转换模块将电压模拟量转换为电流模拟量，驱动高精度蠕动泵工作。

所述的补料计量系统，包括电子天平、补料瓶，电子天平和补料瓶的数量可以根据需要增加，每个补料瓶对应一个电子天平。通过通信接口可将该电子天平所测重量信号实时地传输给工控计算机。

所述的搅拌器转速控制系统，其特征在于，该搅拌器转速控制系统，包括直流伺服电机、直流伺服电机驱动控制器、电压输出卡，直流伺服电机驱动控制器通过通信接口与工控计算机相连，将搅拌器转速信号实时地传输给工控计算机。

本实用新型适合于5、10、50L的发酵罐，可与已有的全自动发酵罐配套使用。

附图说明

图1为发酵用脉冲补料控制装置的系统原理图。

图2～图3为本实用新型工控计算机中控制软件界面的示意图。

具体实施方式

为了详细说明本实用新型的结构及特点所在，举以下实例并结合附图说明如下：

一种发酵用脉冲补料控制装置，如图1所示，它包括发酵罐1、脉冲补料控制系统、补料计量系统、搅拌器转速控制系统。

所述的脉冲补料控制系统，包括溶氧电极2、A/D转换模块3、工控计算机及专用控制软件4、电压输出卡6、电压电流转换模块7、高精度蠕动泵8。

所述的脉冲补料控制系统中，首先由工控计算机4给出的脉冲补料指令，经过电压输出卡6转换为模拟信号量，然后通过电压电流转换模块7，转化为一定范围的电流，驱动高精度蠕动泵8工作，然后由溶氧电极2将所测得的溶氧值，通过A/D转换模块3传输给工控计算机4，通过控制软件计算，指导下一步的补料。