一种甲醇反馈补料控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种甲醇反馈补料控制方法及系统。该方法用于毕赤酵母发酵生产葡萄糖氧化酶，包括：检测发酵罐中挥发的甲醇浓度；控制甲醇的补料量，以使所述甲醇浓度维持在甲醇浓度的控制值。本发明专利技术能够实现发酵过程中难以测量的甲醇的在线检测和反馈控制。经试验验证，本发明专利技术实现了毕赤酵母发酵补料自动化并有利于葡萄糖氧化酶的表达。

A methanol feedback feeding control method and system

【技术实现步骤摘要】
一种甲醇反馈补料控制方法及系统
本专利技术涉及发酵领域，尤其涉及一种甲醇反馈补料控制方法及系统。
技术介绍
葡萄糖氧化酶由于其在制药，食品，化工，饮料，生物技术等领域的广泛应用正受到越来越多的关注。葡萄糖氧化酶的工业化生产一般采用青霉属菌株或黑曲霉，然而这种生产方法伴随着产酶水平低、后续纯化困难、发酵废菌渣处理难、底物葡萄糖消耗成本较高等一系列问题。近来，毕赤酵母表达系统正逐渐走进人们的视野。毕赤酵母(Pichiapastoris)是产生异源蛋白质(包括工业酶和生物药物)的优良表达宿主。它可利用菌体作为饲料蛋白质高效表达合成酶基因、利用化工副产物甲醇作为底物进行糖化酶发酵。甲醇浓度的控制是在毕赤酵母发酵中获得较高葡萄糖氧化酶的关键因素，高浓度的甲醇不仅对细胞有毒性，也会导致目的蛋白的变性，而低浓度的甲醇在诱导目的蛋白表达时显得不足，因此在发酵过程中使发酵液中甲醇浓度维持在适宜的范围是至关重要的。然而毕赤酵母发酵体系是一个非常复杂的、非线性的被控对象，这就导致大多数控制发酵生产过程的方法是离线分析的。但是离线分析有着巨大的缺陷：分析周期长、分析仪器贵、调解策略制定缓慢。目前，发酵过程中的温度、pH和搅拌速率等基本参数已经能够连续在线测控，然而甲醇这一至关重要的营养物质因为较难检测仍旧依赖离线采样分析手段。通过检测菌体浓度、湿重、营养液含量来分析当前发酵生产状况，随之手动调节甲醇补料，这使得发酵的效率和质量得不到有效的保证，无法做到发酵过程的在线实时优化控制。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种甲醇反馈补料控制方法及系统，用于在线控制甲醇的补加量。本申请提供了一种甲醇反馈补料控制方法，用于毕赤酵母发酵生产葡萄糖氧化酶，该方法包括：检测发酵罐中挥发的甲醇浓度；控制甲醇的补料量，以使所述甲醇浓度维持在甲醇浓度的控制值。优选地，所述控制甲醇的补料量包括：根据当前传感器检测到的甲醇浓度与甲醇浓度的控制值的差值以及预设的阶段梯度补料策略控制甲醇的补料量。优选地，该方法还包括：溶液搅拌器对发酵罐中的溶液进行搅拌，以使发酵罐中的液体与挥发的气体达到气液平衡。优选地，所述发酵罐中挥发的甲醇浓度为发酵罐中的液体与挥发的气体达到气液平衡时的甲醇浓度。优选地，所述检测发酵罐中挥发的甲醇浓度包括：通过电化学传感器检测发酵罐中挥发的甲醇浓度。优选地，该方法还包括：当发酵罐中溶氧量达到预设值后启动补料定时开关，在达到定时后自动补料。优选地，该方法还包括：通过有线通信或无线通信发送检测的数据。本专利技术提供了一种补料控制方法，该方法包括：检测发酵罐中反应物挥发的气体浓度；控制反应物的补料量，以使所述气体浓度维持在气体浓度的控制值。优选地，所述发酵罐中反应物挥发的气体浓度为发酵罐中的液体与反应物挥发的气体达到气液平衡时的气体浓度。优选地，所述检测发酵罐中反应物挥发的气体浓度包括：通过电化学传感器检测发酵罐中反应物挥发的气体浓度。本专利技术提供了一种甲醇反馈补料控制系统，用于毕赤酵母发酵生产葡萄糖氧化酶，该系统包括：甲醇浓度传感器以及反馈补料控制模块；甲醇浓度传感器，用于检测发酵罐中挥发的甲醇浓度；反馈补料控制模块，用于控制甲醇的补料量，以使所述甲醇浓度维持在甲醇浓度的控制值。优选地，反馈补料控制模块，用于根据当前传感器检测到的甲醇浓度与甲醇浓度的控制值的差值以及预设的阶段梯度补料策略控制甲醇的补料量。优选地，该控制系统还包括干燥瓶以及转子流量计，所述干燥瓶、所述转子流量计以及所述甲醇浓度传感器通过气体管道连接。优选地，该控制系统还包括溶液搅拌器，用于对发酵罐中的溶液进行搅拌，以使发酵罐中的液体与挥发的气体达到气液平衡。优选地，所述发酵罐中挥发的甲醇浓度为发酵罐中的液体与挥发的气体达到气液平衡时的甲醇浓度。优选地，所述甲醇浓度传感器为电化学传感器。优选地，该控制系统还包括溶氧电极和补料定时开关；所述溶氧电极用于检测发酵罐中的容量；所述反馈补料控制模块，还用于当发酵罐中溶氧量达到预设值后启动补料定时开关，在达到定时后自动补料。优选地，该控制系统还包括蠕动泵，用于根据所述反馈补料控制模块发送的控制信号向发酵罐中补加甲醇。优选地，该控制系统还包括通信模块，用于通过有线通信或无线通信发送检测的数据。本专利技术提供了一种补料控制系统，该系统包括：气体浓度传感器以及反馈补料控制模块；气体浓度传感器，用于检测发酵罐中反应物挥发的气体浓度；反馈补料控制模块，用于控制反应物的补料量，以使所述气体浓度维持在气体浓度的控制值。优选地，所述发酵罐中反应物挥发的气体浓度为发酵罐中的液体与反应物挥发的气体达到气液平衡时的气体浓度。优选地，该控制系统还包括干燥瓶以及转子流量计，所述干燥瓶、所述转子流量计以及所述气体浓度传感器通过气体管道连接。优选地，所述气体浓度传感器为电化学传感器。本专利技术能够实现发酵过程中难以测量的甲醇的在线检测和反馈控制。经试验验证，本专利技术实现了毕赤酵母发酵补料自动化并有利于葡萄糖氧化酶的表达。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术提供的甲醇反馈补料控制系统示意图；图2是本专利技术提供的甲醇反馈补料控制系统设备示意图；图3是本专利技术提供的甲醇反馈补料控制方法示意图；图4是本专利技术提供的甲醇反馈补料控制方法实施例；图5是本专利技术提供的手动控制的发酵过程参数关系图；图6是本专利技术提供的甲醇浓度与传感器响应电压之间的关系图；图7是本专利技术提供的溶氧-甲醇反馈控制发酵过程参数关系图；图8A是本专利技术提供的补料开始1h内甲醇浓度变化曲线图；图8B是本专利技术提供的补料过程中甲醇浓度的变化曲线图。具体实施方式如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本专利技术的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本专利技术的一般原则为目的，并非用以限定本专利技术的范围。本专利技术的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。本专利技术提供的甲醇反馈补料控制系统如图1所示，包括控制模块，例如CPU(中央处理器)，以及传感器。优选地，该甲醇反馈补料控制系统还包括信号采集模块、控制信号输出模块、人机交互接口、操作单元、TC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种甲醇反馈补料控制方法，用于毕赤酵母发酵生产葡萄糖氧化酶，其特征在于，该方法包括：/n检测发酵罐中挥发的甲醇浓度；/n控制甲醇的补料量，以使所述甲醇浓度维持在甲醇浓度的控制值。/n

【技术特征摘要】
1.一种甲醇反馈补料控制方法，用于毕赤酵母发酵生产葡萄糖氧化酶，其特征在于，该方法包括：
检测发酵罐中挥发的甲醇浓度；
控制甲醇的补料量，以使所述甲醇浓度维持在甲醇浓度的控制值。


2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制甲醇的补料量包括：根据当前传感器检测到的甲醇浓度与甲醇浓度的控制值的差值以及预设的阶段梯度补料策略控制甲醇的补料量；
和/或，该方法还包括：
溶液搅拌器对发酵罐中的溶液进行搅拌，以使发酵罐中的液体与挥发的气体达到气液平衡；
和/或，所述发酵罐中挥发的甲醇浓度为发酵罐中的液体与挥发的气体达到气液平衡时的甲醇浓度。


3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述检测发酵罐中挥发的甲醇浓度包括：通过电化学传感器检测发酵罐中挥发的甲醇浓度；
和/或，该方法还包括：
当发酵罐中溶氧量达到预设值后启动补料定时开关，在达到定时后自动补料；
和/或，该方法还包括：通过有线通信或无线通信发送检测的数据。


4.一种补料控制方法，其特征在于，该方法包括：
检测发酵罐中反应物挥发的气体浓度；
控制反应物的补料量，以使所述气体浓度维持在气体浓度的控制值。


5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述发酵罐中反应物挥发的气体浓度为发酵罐中的液体与反应物挥发的气体达到气液平衡时的气体浓度；
和/或，所述检测发酵罐中反应物挥发的气体浓度包括：通过电化学传感器检测发酵罐中反应物挥发的气体浓度。


6.一种甲醇反馈补料控制系统，用于毕赤酵母发酵生产葡萄糖氧化酶，其特征在于，该系统包括：甲醇浓度传感器以及反馈补料控制模块；
甲醇浓度传感器，用于检测发酵罐中挥发的甲醇浓度；
反馈补料控制模块，用于控制甲醇的补料量，以使所述甲醇...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭天伟，郭栋，陈必强，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11