华东理工大学发酵工程第九章发酵过程优化与放大概论_

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发酵过程优化与放大概论
生物反应器过程的多尺度理论——发酵过程优化 与方法基础
具有“变化着的结 构” 当生物反应器尺寸或操作条件变化时，发生
的结果变化不是简单的用线性关系或平均统 计方法所能描述的物质状态的变化。 导致过程变化的原因除了线性或动力学因
发酵过程优化与放大概论
发酵过程优化控制中的方法和手段
方法和装备技术研究
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发酵过程优化与放大概论
发酵过程优化控制中的方法和手段
基本方法
● 基于参数相关的发酵过程多水平(尺度)问题研 究的优化技术 ● 发酵过程多参数调整的放大技术 区分三个水平(尺度)问题 生物反应器的传递与混和 不同环境条件下的代谢动力学特征 细胞代谢流的迁移 基因水平的启动与表达 …
数据驱动型方法
数学模型、静态和动态优化、系统识别、自适应控制、 专家系统、模糊控制、神经元网络、各种混沌现象的研究 复杂性 动态性 多容量过程 不可预测性 高度非线性 线性或拟线性关 系的数学摸型 发酵过程参数趋势曲线相关
困难
发酵生产完 整过程
跨尺度观察
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源自文库
本章提要
生物反应器过程的多尺度理论──发酵过
程优化与放大基础 发酵过程优化控制中的方法和手段 发酵过程优化控制举例
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发酵过程优化与放大概论
生物反应器过程的多尺度理论——发酵过程优化 与方法基础
第一部分
生物反应器过程的多尺度理论──发酵 过程优化与放大基础
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发酵过程优化与放大概论
发酵过程优化控制中的方法和手段
专门用于发酵过程优化与放大 研究用的FUS-50L(A)发酵罐
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发酵过程优化与放大概论
发酵过程优化控制中的方法和手段 数据处理
素之外，往往还发生在系统结构性的突变。
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发酵过程优化与放大概论
生物反应器过程的多尺度理论——发酵过程优化 与方法基础
跨尺度观察与操作
工业规模的生物过程只能在反应器尺度上进行测量与 操作 可以从低一尺度层次的规律或性质，来预测研究另一 尺度层次的规律或性质 多尺度综合与各子过程的相互量化关系，澄清不同尺 度间相互作用和耦合的原则和条件 跨尺度操作是难题，分析跨尺度问题往往需要纳入跨 学科和跨技术的手段
软 件 设 计 •在线检测参数 •实验室手工测定参数 •间接参数(代谢流特征 或工程特征) •适应多种反应器特点 •融合多种过程理论和 控制理论 •工艺分析与操作 •远程通讯与异地数据 传送和分析
关键技术
功能
BlORADAR。
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发酵过程优化与放大概论
生物反应器过程的多尺度理论——发酵过程优化 与方法基础
呈网络多输入多输出关系
不是简单的统计热力学关系
网络结构表现在不同尺度的网络状态的互动关系
─── 多输入多输出关系 信息流、物质流和能量流， 生命属性所特有的时空串联反应关系 微生物代谢流─── 网络研究的的核心问题
发酵过程优化与放大概论
生物反应器过程的多尺度理论——发酵过程优化 背景和原理 与方法基础
测量参数及其变化的意义缺乏理解 最佳工艺控制点为依据的静态操作方法，只是化学
工程宏观动力学概念在发酵工程上的简单延伸
缺乏以细胞代谢流分析与控制为核心的研究内容
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发酵过程优化与放大概论
发酵过程优化控制中的方法和手段
第二部分
发酵过程优化控制中的方法和手段
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发酵过程优化与放大概论
发酵过程优化控制中的方法和手段
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发酵过程优化与放大概论
生物反应器过程的多尺度理论——发酵过程优化 与方法基础
代谢调控研究 代谢工程研究 过程数据采集 和处理的困难 发酵过程酶学 研究的困难 发酵工艺优化研究 的基本思路 单一生理调控机制， 缺乏全局性的概念 • 仍旧局限于寻求培养基配方和最佳的温度、pH、DO等 • 缺乏微观的实时的代谢调控 http://biotech.ecust.edu.cn/jpkc/fjgc 发酵罐
华东理工大学· 生物工程学院
发酵工程精品课程
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发酵过程优化与放大概论
发酵过程优化与放大概论
华东理工大学 国家生化工程技术研究中心（上海） 庄英萍
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发酵过程优化与放大概论
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多参数趋势曲线相关
发酵过程优化与放大概论
发酵过程优化控制中的方法和手段
用于发酵过程数据优化与 放大的专用装置
以生物反应器中物料流检测的观点，在实验室规模 发酵罐，具有十四个以上发酵过程在线参数检测或控
制。
在原理上与现有国内外生物反应器有重大区别。
发酵过程优化与放大概论
生物反应器过程的多尺度理论——发酵过程优化 与方法基础
不同尺度的网络状态 关系 生命所特有的信息流、物 质流、能量流 具有“变化着的结构” 不仅是线性或动力学因素 跨尺度测量与控制 往往以各自研究的技术背 景从单一尺度去理解和分 析研究生物过程的特点
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发酵过程优化与放大概论
发酵过程优化控制中的方法和手段