标配版在硬件上通常包括温度电极、pH电极、溶氧电极、四个蠕动泵以及消泡电极等,可以实现温度、pH和消泡自控以及溶解氧与搅拌关联,除此之外,提供手动空气流量及罐压的控制;在软件上除了控制温度、pH、补料、搅拌转速外,还可能包含顺时控制策略,以及简单的图表功能。
高配版生物反应器无论在硬件上还是在软件上都要拉开差距,一方面提供更多参数,更精准的计算,另一方面,还要使操作更加方便,系统更加安全。
我们多次提到了OUR、CER和RQ的重要作用,特别是RQ,它是代谢流分析性价比最高的参数,所以高配版生物反应器,或许可以考虑增加这一检测参数,以使工艺优化更加理性。
称重模块有两个应用,一是罐体,二是补料。当获得发酵液重量后,可以使工艺衡算更加准确,包括单位发酵液成本变化,挥发量、OUR、CER等数值计算更加准确。除此之外,还可以在发生逃液时及时的发现,而采取措施,虽然在逃液上响应有点滞后,但是总比没有发现好;另外,还可以用到接种量判断以及带放体积控制等环节。
另外补料称重模块,可以静态和动态对补料泵进行校准,以保证补料精准,还能够及时发现异常,比如泵管断开,缺料等情况。
在实时代谢流数值未提供之前,工艺的调控核心是菌体的生长,包括要求溶解氧控制在临界值以上,营养补加处于刚好不限制状态,而且诱导剂添加也常常以生物量为依据,准确实时的生物量可以为工艺控制带来优势。
检测模块可能是在线生化分析仪、在线红外、在线拉曼等设施,当以一定频率获得底物、产物、前体及代谢物的浓度变化时,就可以实现底物等浓度的精准控制,从而获得相对精准的代谢流分析,为工艺放大提供更详细的工艺控制方案。
通过质量流量计和压力控制器,可以丰富溶解氧的控制策略,以及进一步提升工艺自动化
当硬件功能提升后,软件的功能相应也必须加强,至少需要增加:
支持工艺设计、下载和执行,将顺时控制策略拓展至条件控制策略,使整个工艺有可能封装起来,重复调用。
除了在线数据和图形外,还需要在报表中体现离线参数、工艺日志,让工艺分析时掌握发酵过程更全面的信息,提升分析可靠度。
包括蠕动泵流速、尾气分析仪等检测参数的实时校准,让检测数据更加准确。
通过通讯接口,更容易接入其他传感器或检测仪,如在线生化分析仪、红外、拉曼、在线OD电极等。
包括自定义报警,自定义参数,以及基于自定义参数的工艺控制。
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