毕赤酵母发酵产葡萄糖氧化酶过程中的甲醇在线测控系统设计及优化
葡萄糖氧化酶(GOD)是一种需氧脱氢酶，广泛分布于动物、植物和微生物体内。它可以利用分子氧作为电子受体专一性的将β-D-葡萄糖转化为葡萄糖酸，过程中产生过氧化氢。由于具有消耗原子氧或分子氧从而保护易氧化成分的特性，其在食品，制药，化工等领域具有广泛的应用，在生物技术、葡萄糖传感器等新兴领域也受到越来越多的关注。工业生产中多通过微生物发酵来生产葡萄糖氧化酶，其中利用毕赤酵母表达系统构建基因工程菌来生产葡萄糖氧化酶是目前的研究热点。本论文为机械设计制造及其自动化与化学工程与技术的交叉学科方向，以毕赤酵母发酵生产葡萄糖氧化酶体系为研究对象，主要研究目的是使用自动化控制技术控制毕赤酵母的发酵过程，实现葡萄糖氧化酶的自动化生产。 本课题工作内容主要分为两个部分，第一部分是基于甲醇检测的发酵智能测控系统的设计。这一部分详细阐述了甲醇检测原理及传感器的选择、系统下位机的硬件和软件设计、上位机设计、无线传输设计和反馈控制算法设计。最终系统的甲醇检测精度满足1g/L，可以独立工作也可以连接上位机LabVIEW辅助观测，并可以将检测数据无线传输至终端，方便用户通过网页远程查看。第二部分主要介绍发酵控制过程优化，简化发酵流程，利用发酵智能测控系统完成葡萄糖氧化酶的自动化发酵，探索了不同反馈控制算法的控制效果。其中阶段控制算法的控制效果优于PID控制，对于每种控制算法又分别实验了Methanol-STAT控制和DO-STAT控制，Methanol-STAT控制的效果始终优于DO-STAT控制。基于Methanol-STAT的阶段控制算法控制效果最好，在5L发酵罐中葡萄糖氧化酶的酶活达到568U/mL，是手动补料控制发酵的7.57倍。在1年左右的长周期发酵实验过程中，该系统始终运转良好，稳定性较好。
葡萄糖氧化酶;微生物发酵;甲醇检测;在线测控系统;优化设计
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
王峥
2020
中文
TQ925.4;TP274
2020-11-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）