微生物发酵是一个具有高度非线性、时变性和迟滞性的过程,其内在机理非常复杂,传统的测量方法难以实现对发酵过程中一些关键参数的在线测量,这使得对发酵过程进行优化控制变得非常困难。本文应用工业发酵中常用的在线检测设备,对高密度和高强度酒精发酵的过程控制进行了研究,在此基础上将软测量技术应用于发酵过程,进行葡萄糖浓度的实时预测,从而建立一种葡萄糖反馈的在线智能流加方式。主要研究方法和结果如下:1对酵母在摇瓶培养基上的培养条件进行了优化,得到培养的最佳条件为:以YEPD为种子培养基,种子液最佳培养时间为12 h;培养基最适初始pH为4.5;最佳接种量为8 %;初糖浓度为40 g/L。2在搅拌罐式生物反应器中,通过考察流加对酒精发酵的影响发现,在发酵前期采用葡萄糖反馈流加有利于菌体的繁殖,发酵后期采用间歇流加有利于酒精的生成。从而确定混合流加为较优的流加方式。3在搅拌罐式生物反应器中,利用不同溶氧控制策略进行高密度和高强度酒精发酵的研究,得到较为优化的溶氧控制策略(搅拌转速100 r/min,通风量0.22vvm,通风12 h),发酵48 h,菌体密度达到5.5～6亿个/ mL,酒精度为16.5 %,发酵强度达到2.71 g/L·h。4在软测量理论的基础上,提出针对发酵过程中关键生物量测量的数据驱动法,重点以主元回归作为该软测量的实现方法。利用主元回归对酒精发酵过程中的葡萄糖浓度进行预测,网络测试结果验证了软测量的可行性和有效性。在此基础上,本文设计了一套生物发酵控制系统,实现了酒精发酵过程中葡萄糖浓度的在线测量与流加控制。该研究为过程控制中关键生物量的在线测量和补料流加提供了一个新的思路、新的方向。