近年来,海洋开发技术迅猛发展,使得海洋工程在国民经济体系中占据重要地位。海洋低温碱性蛋白酶MP(marine protease)是一种新型来源的蛋白酶,与其他陆源蛋白酶相比,能够有效地解决工业生产中存在的酶活要求高,恶劣环境下不稳定及易失活等问题,这些优良特性使其在洗涤业、环境保护、食品加工以及国防等领域内大量应用。在实际的发酵过程中,为了提高酶制剂的生产效率和产品品质,缩减经济成本,必须将发酵过程的关键参量调节在特定的范围内。但细胞的生长及产酶过程受外界环境影响较大,发酵过程各状态参量间存在着复杂的非线性动态关系,解耦困难,且反映发酵品质的关键参量在测量方面存在测量稳定性不高、价格昂贵等严重缺陷,成为制约海洋碱性蛋白酶优化控制的瓶颈问题。基于上述问题,本文在国家自然科学基金(41376175)、江苏省自然科学基金(BK20140568)和江苏省高校自然科学基金面上项目(14KJB51005)的支持下,研究了海洋低温碱性蛋白酶MP发酵过程中关键生物量的软测量问题。论文主要包括以下研究内容。考虑到海洋低温碱性蛋白酶MP发酵过程的多输入多输出、非线性、强耦合特性,以及关键生物参数(菌体浓度、基质浓度以及相对酶活等)很难在线预测等因素,设计了一种基于ABC-MLSSVM(人工蜂群的多维最小二乘支持向量机)逆的海洋碱性蛋白酶MP发酵过程软测量方法,并利用MATLAB进行仿真,验证了该软测量建模方法能较好地解决海洋碱性蛋白酶MP发酵过程关键生物参数在线实时估计问题。首先,基于发酵过程物料平衡关系建立海洋碱性蛋白酶MP连续发酵过程的“灰箱”动力学模型,理论证明该系统可逆后,引入海洋碱性蛋白酶MP发酵过程的参数信息参与逆扩展模型的构建;然后利用LSSVM(最小二乘支持向量机)的拟合能力离线辨识初始逆扩展模型,同时为了减小模型偏差,通过ABC(人工蜂群)算法在线校正所建立的初始逆扩展模型;最后,把该逆扩展模型与海洋碱性蛋白酶MP发酵过程相串联形成单位复合系统,从而实现对发酵过程关键生物参数的实时在线估计,以海洋碱性蛋白酶MP发酵过程为例进行仿真实验,结果表明,与传统的支持向量机软测量方法相比,该软测量建模方法能够解决发酵过程中关键生物参量的在线预测问题,且具有更高的精度和泛化能力。其次,为了便于对海洋低温碱性蛋白酶MP发酵过程进行监测,设计了海洋碱性蛋白酶MP发酵过程监测系统,首先通过下位机嵌入式系统对发酵过程中离线采集到的样本数据进行分析处理,为了便于实时监测,同时将其传输到上位机,并利用ABC-MLSSVM逆软测量算法预测模块,完成对关键变量(菌体浓度、基质浓度及相对酶活)的在线预测功能,促进了海洋低温碱性蛋白酶MP在工业生产中的应用。最后,总结了本文的主要研究内容及成果,提出了论文中的不足及今后相关研究的改进方向。