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  隨著人們生活水平的不斷提高，人們對于營養(yǎng)的要求也越來越高。賴氨酸是一種人和動物必須的氨基酸，但在許多糧食原料中卻相對缺乏。因此，人工合成賴氨酸在食品行業(yè)得到廣泛應用。目前賴氨酸已成為第二大發(fā)酵氨基酸產品，且需求旺盛。  

    由于微生物發(fā)酵過程是一個機理復雜，要求嚴格的工業(yè)過程，目前大多數(shù)食品企業(yè)主要以人工經驗手動調節(jié)為主，嚴重影響了產品的得率和成本。而采用基于現(xiàn)場總線的集散控制系統(tǒng)，能夠大大提高發(fā)酵過程的控制品質，它應用各種*的控制算法，在過程模型不是很清楚的情況下仍能對發(fā)酵過程進行優(yōu)化控制。浙大中自公司開發(fā)的SunyTDCS9200集散控制系統(tǒng)具有組態(tài)靈活、易于擴展、兼容性好、性價比高等優(yōu)點，在食品行業(yè)得到廣泛應用。  

    工藝流程  

    發(fā)酵法生產賴氨酸通常以玉米、淀粉、甘蔗或甜菜制糖后的廢藏蜜為原料，其工藝過程為：淀粉中的酸或酶經水解成淀粉糖，加入營養(yǎng)鹽調pH 值后，進入發(fā)酵罐進行滅菌處理，然后接入種子培養(yǎng)物便其發(fā)酵，經過微生物發(fā)酵后的濃縮液冷凍結晶、離心分離、烘干提純后即得產品。

    系統(tǒng)配置  

    針對賴氨酸生產過程的特點，以及用戶的需求，我們對賴氨酸發(fā)酵過程采用組態(tài)靈活，可靠性好，易于擴展的SunyTDCS9200集散控制系統(tǒng)進行配置。我們?yōu)樘腔囬g、發(fā)酵車間、賴氨酸車間各設置一個現(xiàn)場控制站配操作面板，中央控制室內配置操作員站兩臺，工程師站一臺，打印機一臺，其中：·控制站負責對現(xiàn)場過程數(shù)據(jù)進行采集，處理及完成控制功能，并通過高速，可靠而開放的冗余系統(tǒng)總線網絡與操作站相連，能夠實現(xiàn)與其他集散型計算機控制系統(tǒng)、上層信息管理系統(tǒng)的無隙連接?！げ僮髡?工程師站，采用主流工控機配置，裝有Windows 2000 Professional操作系統(tǒng)和*的組態(tài)軟件SunyTech 7.0，實現(xiàn)了賴氨酸生產過程的優(yōu)化控制和安全操作，生成友好的人機界面實時、安全、可靠地對賴氨酸生產過程實行監(jiān)督、控制和優(yōu)化。 

    制方案  

    發(fā)酵溫度的調節(jié)與控制  

    發(fā)酵罐的溫度一方面通過改變發(fā)酵液的物理性質間接作用于產生菌的代謝活動；另一方面通過對酶活性的影響直接作用于菌體生長和產物合成。在整個發(fā)酵過程中，不同的階段對應于不同的適宜溫度。變溫操作比恒溫操作能得到更高產率。溫度通過計算機進行監(jiān)視、記錄 ；發(fā)酵過程溫度控制系統(tǒng)是以生化反應器溫度為主回路被控變量，以夾套內換熱介質溫度為副回路被控變量，分程控制熱水、冷水閥位的串行控制結構，實踐證明該控制方案能夠充分克服對象滯后大、具有明顯的時變性的缺點，達到控制溫度的目的。  

    發(fā)酵過程壓力控制  

    發(fā)酵過程操作壓力的變化，將會引起氧在反應液中的分壓改變，也就是說影響著溶解氧濃度的變化。影響發(fā)酵過程壓力主要是供給的消毒空氣的壓力變化。通?？刂瓢l(fā)酵過程壓力通過單回路PID 控制器調節(jié)排出氣體量來控制。  

    pH值控制  

    pH值是微生物生長的另外一個重要環(huán)境參數(shù)，在生化反應過程中，必須嚴格加以控制，否則會嚴重影響微生物的代謝的進行和代謝產品合成。菌種、培養(yǎng)基和發(fā)酵條件決定著pH值的變化。pH的變化會影響酶的活力，并有可能改變菌體代謝的途徑及細胞的結構和功能。本方案中，通過分程調節(jié)加堿液的流量，維持發(fā)酵罐的PH值在某一設定值，以達到*的發(fā)酵PH值條件。  

    補料控制  

    發(fā)酵期間，由于菌體發(fā)育生長需要消耗大量的基質，而基質濃度過高或過低，均影響到產物的合成。因此在菌體生長期間必須保持一定的基質濃度，以維持zui大的轉化速率。本方案通過控制補料量來控制發(fā)酵罐中的基質濃度，以獲得*補料曲線，補料量由分析尾氣中O2和CO2含量動態(tài)修正。

    系統(tǒng)效益分析  

    本系統(tǒng)自從在發(fā)酵裝置投運以來，運行平穩(wěn)，*，裝置的儀表三率，操作平穩(wěn)率，單罐產量，產品質量等都大大提高 ；工人勞動強度，原料消耗率等都有大幅度降低，同時也確保了裝置的平穩(wěn)安全運行。直接提高了企業(yè)的市場競爭能力，為企業(yè)帶來了明顯的經濟效益。主要控制指標如下 ：發(fā)酵罐溫度±0.2℃；PH值±0.05；罐壓±0.005MPa；基質濃度不超過5%。