Биотехнология ответственный редактор академик И. И. Гительзон

1.6. КОНТРОЛЬ И УПРАВЛЕНИЕ 
БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ;
МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ 
Эффективное проведение биотехнологических процессов тесно связа-
но с совершенствованием способов контроля и управления. В период пре-
дыстории биотехнологии делались отдельные попытки регулировать раз-
витие продуцента с помощью изменений параметров внешней среды. До 
середины ХХ века регулирование в основном сводилось к эмпирике, так 
как без знания сущности происходящего невозможно эффективно контро-
лировать и управлять процессом. В основном, объектом управления того 
периода была экстенсивная периодическая культура микроорганизмов со 
всеми ее недостатками: динамикой состояния продуцента и среды, отсут-
ствием средств контроля. В последние 25 лет с внедрением управляемых 
культур биотехнологи переходят от простой задачи поддержания опреде-
ленных параметров среды к управлению процессом в целом. Для реализа-
ции управляемого культивирования необходимо построение алгоритмов 
управления, основанных на моделях биотехнологического процесса. В 
современных биотехнологических процессах необходимо регистрировать 
и анализировать множество быстроизменяющихся факторов (концентра-
цию субстрата, биомассы и продукта в культуре, рН, температуру, парци-
альное давление кислорода и др.) (табл. 1.3). Это вызывает необходимость 
в применении электронной техники. Первые разработки по применению 
ЭВМ в биотехнологии относятся к концу 60-х гг. ХХ века. На первых эта-
пах ЭВМ привлекали в качестве советчика оператора, управляющего ис-
полнительными механизмами для поддержания оптимального течения 
биотехнологического процесса. Прежде всего, для сбора и обработки ин-

---

36 
формации по показаниям датчиков и для представления этой информации 
в легковоспринимаемой форме. Разрабатывали также системы автомати-
ческого регулирования отдельных параметров (дозировка среды или от-
дельных компонентов, стабилизация температуры и рН среды, скорости 
протока) по принципу контроля с обратной связью. Позднее ЭВМ стали 
использовать для управления технологическим процессом в целом в со-
ставе автоматизированных систем АСУ. Задача создания АСУ стала осо-
бенно актуальной при реализации крупнотоннажных биотехнологических 
процессов. В настоящее время АСУ осуществляется на основе системного 
подхода, и управление имеет многоуровневую иерархическую систему. 
Внедрение АСУ позволяет осуществить рациональное управление про-
цессом биосинтеза. В результате этого экономятся исходное сырье, элек-
троэнергия, вода, повышается продуктивность процесса и производитель-
ность труда обслуживающего персонала. Затраты на создание и внедрение 
АСУ в биотехнологии окупаются сравнительно быстро, в течение 3–4 лет. 
Обычная схема контроля и управления ферментацией включает фер-
ментер, датчики, регулирующую систему, которая реализует расчетные 
зависимости на основе измерения параметров процесса. Исходные данные 
от датчиков поступают на ЭВМ, в которой они оперативно анализируют-
ся, и в результате выдаются данные для исполнительных устройств и ме-
ханизмов. В настоящее время разработка и внедрение АСУ для биотехно-
логических процессов, прежде всего, определяется уровнем технической 
Т а б л и ц а 1 . 3