內容簡介
《發酵過程解析、控制與檢測技術(第2版)》內容簡介：作為發酵工業中游技術核心的發酵過程控制和最佳化技術,既關係到能否發揮菌種的最大生產能力,又會影響到下游處理的難易程度,在整個發酵過程中是一項承上啟下的關鍵技術。《發酵過程解析、控制與檢測技術(第2版)》作者多年來一直從事發酵過程的線上檢測、解析、控制和最佳化等方面的研究,在借鑑國外的有關最新研究成果和作者自身完成的研究實例的基礎上,博採眾家之長,寫成此書。全書結合具體的發酵過程實例,分別對發酵過程的解析、控制和最佳化,特別是線上檢測、線上狀態預測和模式識別,以及線上控制和最最佳化控制的技術及方法進行了比較系統詳細的介紹,並引入了模糊邏輯推理、人工神經網路模型、代謝網路模型等新型的控制、最佳化、狀態預測以及模式識別等方法和技術。 {zzjj}
目錄
第一章 緒論
第一節 發酵過程的特點以及發酵過程的操作、控制、最佳化的基本特徵
第二節 發酵工程技術在整體發酵工程中的定位
第三節 發酵過程控制的主要研究內容和要解決的問題
一、發酵過程最佳化實現的順序和條件
二、實現發酵過程控制和最佳化的硬軟體技術支撐
第四節 發酵過程的狀態變數、操作變數和可測量變數
第五節 用於發酵過程控制和最佳化的各類模型
第六節 發酵過程控制概論
一、傳統的發酵過程控制系統
二、展望——新型、集約式發酵過程控制系統
參考文獻
第二章 生物過程參數線上檢測技術
第一節 pH的線上測量
一、pH感測器的工作原理
二、pH感測器的使用
第二節 溶解氧濃度的線上測量
一、溶解氧濃度測量原理
二、溶解氧電極
三、溶解氧電極的使用
第三節 發酵罐內氧氣和二氧化碳分壓的測量以及呼吸代謝參數的計算
一、氧分析儀
二、尾氣CO分壓的檢測
三、呼吸代謝參數的計算
第四節 發酵罐內氧氣體積傳質係數KLa的測量
一、亞硫酸鹽氧化法
二、溶解氧電極法
三、物料衡算法
四、動態測定法
五、取樣極譜法
六、復膜電極測定KLa
第五節 發酵罐內細胞濃度的線上測量和比增殖速率的計算
一、菌體濃度的檢測方法及原理
二、線上雷射濁度計
第六節 生物感測器在發酵過程檢測中的套用
一、生物感測器的類型和結構原理
二、發酵罐基質(葡萄糖等)濃度的線上測量
三、引流分析與控制
四、發酵罐器內一級代謝產物(乙醇、有機酸等)濃度的線上測量
參考文獻
第三章 發酵過程控制系統和控制設計原理及套用
第一節 過程的狀態方程式
第二節 發酵過程的基礎數學模型
一、發酵過程最基本的合成和代謝分解反應
二、發酵過程典型的數學模型形式
三、發酵過程的各種得率係數和各種比反應速率模型的表現形式
四、生物反應器的基本操作方式
五、發酵過程狀態方程式在“理想操作點”近旁的線性化
第三節 拉普拉斯變換與反拉普拉斯變換
一、拉普拉斯變換的定義
二、拉普拉斯變換的基本特性以及基本函式的拉普拉斯變換
三、反拉普拉斯變換
四、有理函式的反拉普拉斯變換
五、過程的傳遞函式GP(s)——線性狀態方程式的拉普拉斯函式表現形式
六、過程傳遞函式的框圖和轉換
七、過程輸出對於輸入變數階躍式變化的回響特性
第四節 過程的穩定性分析
一、過程穩定的判別標準
二、過程在平衡點（特異點）近旁的穩定特性分類
第五節 發酵過程的前饋控制
一、過程前饋控制簡介
二、前饋控制在流加發酵過程中的套用
第六節 發酵過程的反饋控制
第七節 PID反饋控制系統的構成和性能特徵
一、比例動作
二、積分動作
三、微分動作
四、PID反饋控制器的構成特徵
第八節 PID反饋控制系統的解析和設計
一、反饋控制系統的穩定性分析
二、反饋控制系統的設計和參數調整
三、開關反饋控制
第九節 反饋控制系統在發酵過程控制中的實際套用
一、以溶解氧濃度變化為反饋指標的流加培養控制——DO?Stat法
二、以pH變化為反饋指標的流加培養控制——pH?Stat法
三、以RQ為反饋指標的發酵過程控制
四、直接以底物濃度為反饋指標的發酵過程控制
五、以代謝副產物濃度為反饋指標的流加培養控制
六、線上測量可測狀態變數間接推定和控制谷氨酸發酵糖濃度、提高發酵性能
【習題】
【解答】
參考文獻
第四章 發酵過程的最最佳化控制
第一節 最最佳化控制的研究內容、表述、特點和方法
第二節 最大原理及其在發酵過程最最佳化控制中的套用
一、最大原理及其算法簡介
二、利用最大原理確定流加培養過程的最優基質流加策略和方式
三、最大原理數值解法及其在發酵過程最最佳化控制中的套用簡介
第三節格林定理及其在發酵過程最最佳化控制中的套用
一、格林定理
二、利用格林定理求解流加培養（發酵）的最短時間軌道問題
三、格林定理在乳酸菌過濾培養最最佳化控制中的套用
第四節 遺傳算法及其在發酵過程最最佳化控制中的套用
一、遺傳算法簡介
二、遺傳算法的算法概要及其在重組大腸桿菌培養的最最佳化控制中的套用
【習題】
【解答】
參考文獻
第五章 發酵過程的建模和狀態預測
第一節 描述發酵過程的各類數學模型簡介
一、非構造式動力學模型
二、代謝網路模型
三、基於線上時間序列數據的自回歸平均移動模型
四、人工神經網路模型
五、正交或多項式回歸模型
第二節 非構造式動力學數學模型的建模方法
一、利用非線性規劃法確定非構造式動力學數學模型的模型參數
二、利用遺傳算法確定過程模型參數
第三節 ‘利用人工神經網路建模和預測發酵過程的狀態
一、神經細胞和人工神經網路模型
二、人工神經網路模型的類型
三、人工神經網路的誤差反向傳播學習算法簡介
四、利用人工神經網路線上識別發酵過程的生理狀態和濃度變化模式
五、基於人工神經網路的發酵過程狀態變數預測模型
六、基於人工神經網路的非線性回歸模型
七、結合使用人工神經網路模型和遺傳算法的過程靜態最佳化
【習題】
【解答】
參考文獻
第六章 發酵過程的線上自適應控制
第一節 基於線上時間序列輸入輸出數據的自回歸移動平均模型及其解析
一、自回歸移動平均模型
二、利用逐次最小二乘回歸法計算確定自回歸移動平均模型的模型參數
第二節 基於自回歸移動平均模型的線上自適應控制
一、“極配置”型的線上自適應控制系統
二、“最優控制”型的線上自適應控制系統
三、酵母菌流加培養過程的比增殖速率線上自適應最優控制
四、乳酸連續過濾發酵過程的線上自適應控制
第三節 基於自回歸移動平均模型的線上最最佳化控制
一、麵包酵母連續生產的線上最最佳化控制
二、乳酸連續過濾發酵的線上最最佳化控制
第四節 基於遺傳算法的線上最最佳化控制
一、利用遺傳算法實時線上跟蹤和更新非構造式動力學模型的參數
二、結合使用最大原理和遺傳算法的線上最最佳化控制
【習題】
【解答】
參考文獻
第七章 人工智慧控制
第一節 模糊邏輯控制器
一、模糊邏輯控制器的特點和簡介
二、模糊語言數值表現法和模糊成員函式
三、模糊規則
四、模糊規則的執行和實施——解模糊規則的方法
五、模糊邏輯控制系統的構成、設計和調整
第二節 模糊邏輯控制系統在發酵過程中的實際套用
一、谷氨酸流加發酵過程的模糊控制
二、輔酶QL發酵生產過程的模糊控制
三、模糊推理技術在發酵過程線上狀態預測中的套用
第三節 基於人工神經網路的控制系統及其在發酵過程中的套用
一、模糊神經網路控制系統及其在發酵過程中的套用
二、基於DO/pH線上測量和智慧型型模式識別模型的發酵過程控制系統(ANNPR—Ctrl)
【習題】
【解答】
參考文獻
第八章 利用代謝網路模型的過程控制和最佳化
第一節 代謝網路模型解析
一、代謝網路模型的簡化、計算和求解
二、利用代謝網路模型的狀態預測
第二節 網路信號傳遞線圖和利用網路信號傳遞線圖的代謝網路模型
一、網路信號傳遞線圖及其簡化
二、利用代謝信號傳遞線圖處理代謝網路
三、利用網路信號傳遞線圖的代謝網路分析
第三節 利用代謝網路模型的發酵過程線上狀態預測
一、代謝網路模型在賴氨酸發酵過程線上狀態預測中的套用
二、基於代謝網路模型的谷氨酸發酵線上狀態預測
第四節 基於代謝網路模型的發酵過程最佳化控制
一、基於代謝流分析的谷氨酸發酵代謝平衡最佳化控制
二、利用基於代謝流分析的兩段複合型供氧控制方式最佳化精氨酸代謝發酵
三、利用基因組學和蛋白組學數據改進優選代謝網路模型為過程最佳化服務
【習題】
【解答】
參考文獻
第九章 發酵過程的多變數聚類分析和故障診斷/早期預警
第一節 發酵過程多變數聚類分析和故障
……
第十章 計算機在生化反應過程控制中的套用
參考文獻
