呼吸商(RQ)作为重要的微生物生理代谢参数，是发酵过程中底物消耗，细胞生长，产物合成，副产物积累过程动态变化的反映，对发酵过程的监控与优化至关重要。　　本文主要从硬件设计和软件设计两方面完成对在线尾气分析仪的设计，将设计好的尾气分析仪制成工程样机应用于酿酒酵母发酵生产谷胱甘肽(GSH)过程控制，期望达到同时实现发酵尾气采集和过程控制的目的。本论文主要包括以下几个方面的内容:　　(1)仪器硬件设计。从核心控制器和传感器的选型到仪器电路、硬件之间的连接完成了仪器硬件电路设计。采用Arduino MEGA2560单片机作为核心控制器，荧光学氧气传感器和红外二氧化碳传感器作为检测元件，以UART通信协议连接控制器和传感器，大大简化了仪器硬件电路。反馈控制执行模块采用兰格蠕动泵，通过蠕动泵外控模块实现对蠕动泵的控制。　　(2)仪器软件设计。下位机程序通过类C语言对串口通信、数据采集、传感器校正、反馈控制等功能模块进行编程，上位机软件利用LabVIEW开发环境编写，采用VISA函数实现对下位机的通信，实现了数据采集与处理、实时显示与存储在内的多个模块的功能，界面直观，运行可靠。整个仪器通过软硬件综合调试运行良好，采用本仪器对三种氧气和二氧化碳标准气体进行测量，结果显示:本课题设计的尾气分析仪氧气测定的相对标准偏差为1.057％，二氧化碳测定相对标准偏差为1.003％，仪器数据测量准确、可靠，能长期稳定运行，达到了预期目标。　　(3)呼吸商反馈控制酿酒酵母发酵法生产GSH过程。首先考察了摇瓶发酵、分批发酵、基于指数速率和恒速流加的补料分批发酵这三种发酵方式对酵母细胞生长和GSH合成的影响，发现基于指数速率和恒速流加的补料分批发酵方式细胞密度和GSH合成量较高，发酵培养72小时后细胞干重达到78.22 g/L，GSH产量为1.79 g/L。然后将尾气分析仪应用于GSH发酵过程中，采用RQ反馈控制葡萄糖补料速率，经Arduino PID控制将RQ维持在设定值左右。对比不同RQ条件下GSH产量和细胞密度，发现当RQ控制在0.82时GSH产量和细胞生物量最高，分别达到1.61 g/L和55.12 g/L(DCW)。添加前体氨基酸能进一步提高GSH产量，在RQ反馈控制发酵过程中添加前体氨基酸，与未添加前体氨基酸相比产量明显提高，GSH总产量达2.47 g/L，提高53.42％，细胞干重达62.18 g/L，提高12.81％，胞内GSH含量提高了32.27％。