В связи с возрастанием роли биотехнологических процессов в народном хозяйстве большое внимание уделяется созданию отечественных автоматизированных биотехнологических систем управляемого культивирования микроорганизмов на единой технологической основе, имеющих различную степень автоматизации и сложности.
Наличие ЭВМ в автоматизированных биотехнологических системах позволяет осуществлять более точный и более полный сбор информации о процессе с помощью различных датчиков и анализаторов, на основе экспериментальных данных строить математическое описание микробиологического процесса. Поиск оптимальных режимов управления процессами по математическим моделям существенно сокращает время на разработку оптимальных режимов культивирования и удешевляет их реализацию.
За рубежом выпускается многочисленный набор установок для культивирования микробов. Основными поставщиками ферментационного оборудования являются фирмы «ЛКБ» (Швеция), «Нью-Брансвик» (США), «Марубиши» (Япония). Широко развернуто производство аналогичных установок в Англии, Франции, ФРГ и Швейцарии.
Развитие систем ферментации направлено на увеличение числа измеряемых и регулируемых параметров, миниатюризацию блоков управления и создание комплексов ЭВМ—ферментер. Эти комплексы способны не только поддерживать условия процесса, но и менять его параметры по заданным программам. Например, система «Ультраферм—1601» (фирмы «ЛКБ», Швеция) управляет параметрами процесса культивирования микроорганизмов по заранее заданным жестким программам, однако это управление не всегда оказывается эффективным. Поэтому наряду с программно-временным управлением используется адаптивное, основанное на применении математической модели процесса.
В Советском Союзе разработаны такие автоматизированные системы для управляемого культивирования микроорганизмов, как «Альфа—60» (Институт биохимии и физиологии микроорганизмов АН СССР, г. Пущино), «ФС» (Институт микробиологии им. А. Кирхенштейна АН Латвийской ССР, г. Рига), «Автоферм» (Научно-исследовательский центр биоавтоматики, г. Горький) (рис. 26, см. цв. вклейку), «Биотрон» (Казанский химико-технологический институт).
Рис. 26. Система для управляемого культивирования микроорганизмов «Автоферм—2М» на базе микро-ЭВМ «Элек-троника-60»
На рис. 27 приведена схема автоматизированного рабочего места «Автоферм», предназначенного для решения исследовательских биотехнологических задач в области управляемого культивирования микроорганизмов с использованием ЭВМ как в режиме советчика (off-line), так и в режиме управления (online). Автоматизированное место «Автоферм» отличается от ранее созданных отечественных и зарубежных аналогов блочно-модульным набором дополнительных измерительных устройств (модули измерения концентрации биомассы, средних размеров клеток, флуоресценции и хемилюминесценции).
Рис. 27. Структура системы управляемого культивирования «Автоферм»
Дополнительные измерительные устройства работают как в автономном режиме, так и в комплексе с ЭВМ (рис. 28, см. цв. вклейку). Связь всех модулей с ЭВМ «Электроника—60» осуществляется через цифровой блок управления. В отличие от стандартных датчиков, измеряющих физико-химические характеристики культуральной суспензии, дополнительные измерительные модули позволяют получать информацию о физиологическом состоянии культуры микроорганизмов и использовать ее для управления биотехнологическим процессом.
Рис. 28. Дополнительный измерительный модуль к системе «Автоферм—2М» определения концентрации биомассы