Abstract
大部分的醱酵系統都十分複雜, 尤其是工業醱酵所採用之原料組成雜質很多, 因而某些重要的狀態變數如菌體量、產物濃度及培養基濃度並不能經由偵測器有效且正確的線上測量。因此，在生物技術發展的研究中，醱酵狀態變數的間接估算對於生產自動化的發展是不可缺少的。有效的線上變數的預測以幫助對醱酵全程的了解，已成為醱酵工業中，重要的一環。本文應用經驗反應次域之觀念及奇異值分解法對系統做分析，以線上估算狀態變數。首先選用一不具可觀察性的邊疆攪拌反應槽之一次反應系統，做模擬估算，以解決不可估算狀態變數的困擾。其次，是以實際的麩胺酸醱酵為系統，以OUR及CPR為可測量變數, 對菌體量、麩胺酸濃度及糖蜜濃度做線上估算。在麩胺酸醱酵過程中, 有2 個重要的操作狀況: (i) 是否能適時添加盤尼西林(penicillin); Somerson等人發現菌體添加盤尼西林後, 能抑制菌體過量成長, 解決生物素過量之問題, 以使之順利代謝麩胺酸。(ii)維持醱酵後期菌體代謝麩胺酸的活性; 因為醱酵後期, 可能會因培養基濃度過低, 而使菌體活性下降, 適時且適量的給予糖蜜, 可以使代謝活性維持穩定。在本實驗中, 吾人使用經驗反應次域的分析, 以估算狀態變數, 確實能掌握添加盤尼西林及糖蜜的契機。對於醱酵後期糖蜜的添加探制, 吾人採用間接控制法, 引用1987年Wu所提之邊疆式加權移動性識別法, 對系統做模式識別, 配合極位安置控制策略, 於醱酵後期控制糖蜜的添加, 使其濃度維持定值, 以保持菌體代謝麩胺酸之活性。由實驗結果得知, 採用本估算方法, 可以準確的預測醱酵狀態, 配合極位置的控制策略, 可達到有效的控制目標。