UNIT 59: BIOLOGICAL REGULATION AND

UNIT 59: BIOLOGICAL REGULATION AND PROCESS CONTROL
The basis of any biotechnological process is the growing or resting cell and its constituents
(organelles, enzymes). The metabolic processes that are to be utilized for economic purposes in
biotechnology are catalyzed by specific catalysts (= biocatalysts = enzymes) the activities of which are
subject to certain control mechanisms.
A simple bacteria cell such as Escherichia coli has available more than 1000 – 2000 enzymes
(actual or potential) which may make up as much as 70% of the total cell weight. In using them, the
practical man is therefore employing a complex system he is quite incapable or viewing in its totality.
Consequently, in process development he is usually forced to carry out empirical procedures and with his
technical measures (design and performance of the process) acts on biological regulations of which he
knows only an overall result.
Process control must start from the biological facts and utilize them for technical application. The
metabolism of added substrates takes place via about 20 steps and yields about 20 amino acids, four
deoxyribonucleotides, four ribonucleotides, about ten vitamins, and several fatty acids, from which more
than 1000 protein, three types of RNA, DNAs (+ plasmid), mucopeptides, polysaccharides, and lipids
must be synthesized. In procaryotes, these processes may take place in 15 to 20 min (= one generation
time), the coordination of the activities of the catalytic elements ensuring that undesired overproductions
do not occur.
It is interesting that the regulation of enzyme activity takes place according to principles similar to
those applied in technology (closed action cycle).
The organization and treatment of the material is adapted to the special use, and the total complex
is constructed on the basis of the methods of measurement. This procedure takes place into accounts the
fact that measurement technique primarily follows independent tasks and aims precisely within the
http://www.ebook.edu.vn 87
biotechnological process. Thus, the information obtained by measurement concerning the instantaneous
state of operation of the process leaves open the question of whether and what useful application is made
of the information obtained. Within the framework of process analysis, this application is limited to the
search for the functional relationships between the variables of state and understand the principles of the
biological system better. In the first place, therefore, this analysis follows the aim of broadening our
knowledge on the interaction of the organisms with their environment.
On the basis of this knowledge, it is then possible to affect features of the process in a desired
manner by control or regulation. Here, the possibilities of the controlled performance of the process must
be made use of by establishing and maintaining the optimum environmental conditions for the growth of
the organisms and for the formation of products by them.
On the various levels of process study and directed action on the occurrence of the process, the
process computer is an effective aid. In association with process analysis this can bring into prominence
the particular possibilities of a rapid concentration of information. When improved instrumentation is
taken into account, it can readily be seen that these tasks are not trivial, and the desired information is
often available only after the various process magnitudes have been combined. In addition to these tasks
from the field of data processing and analysis, development has the aim of an increasing use of the
computer in process control and regulation. In this connection it must be expected that even complex
control strategies will be capable of being realized to an increased degree. From the point of view of
control techniques, the possibility of the mathematical formulation of individual biological andchemicalengineering process steps is also of particular importance. In this way, the process computer can finally
make a contribution to the utilization of increasing knowledge concerning regulation phenomena within
the cell for an improved performance of the process.
An optimization can be carried out on the basis of earlier knowledge (off-line) but, in the present
state of the art, on-line calculations, made possible by the availability of modern digital computers, can
also be used. Consequently, the interrelationship of the techniques of measurement, control, and
computering must be studied.
The number of process quantities and parameters in fermentation is very large. For the description
of microorganisms, biologists use about 100 different magnitudes, and in technical processes with
microorganisms. Physical chemical, and process-engineering magnitudes are involved in still greater
number, so that the complex system of a fermentation cannot be calculated or described totally even in an
approximation. Limits are still set to the determination of measurements in biotechnology by technical
factors, so that many process magnitudes can be measured
- not at all,
- not sufficiently accurately, or,
- not on-line (and therefore not frequently enough).
Biotechnology, as a scientific technology, is still a very young field. In measurement and control
techniques, experience and, to a large extent, apparatus, have been taken over from chemical process
engineering. In some measuring processes, adaptations have already been made to the particular features
of biotechnology but other methods have been very incompletely used in biotechnology, in many cases.
This applies particularly to control technique. Again, methods can be taken over from other sciences and
applied to fermentation technique; e.g., from medicine.
In a bioprocess, four types of process magnitudes can be distinguished:
a. Control magnitudes (manipulated variables, imput magnitudes)
b. Magnitudes of state (measurements)
c. Magnitudes of quality (optimization magnitudes, output magnitudes)
d. Characterization magnitudes (parameters)
- theoretical parameters (physical, chemical, biological model)
- experimental parameters (experimental process identification).
EXERCISES
A. Read and translate into Vietnamese
measurement technique, instantaneous state, broadening, magnitude, organelles, control mechanism.
http://www.ebook.edu.vn 88
B. Answer the following questions
1. Is it necessary to control and regulate the biological process ?
2. What is the purpose of process control in biological process ?
3. How many steps are taken place in the metabolism of added substrates ?
4. Is it important to use possibility of the mathematical formulation and computer for individual
biological or chemical-engineering process steps ?
5. What are the number of process quantities and parameters in fermentation ?
C. Translate into English
1. Vấn đề điều chỉnh và kiểm tra thường xuyên các quá trình sinh học xảy ra là rất quan trọng.
2. Mỗi một quá trình lên men bởi các chủng vi sinh vật khác nhau phải hình thành các bước kiểm tra,
điều chỉnh phù hợp

Kết quả (Việt) 1:

ĐƠN VỊ 59: SINH HỌC QUY ĐỊNH VÀ QUY TRÌNH KIỂM SOÁTCơ sở của bất kỳ quá trình linh là sự phát triển hoặc resting di động và các thành phần(bào quan, enzym). Các quá trình trao đổi chất là để được sử dụng cho các mục đích kinh tế trongcông nghệ sinh học được xúc tác bởi chất xúc tác cụ thể (= biocatalysts = enzym) hoạt động cótùy thuộc vào một số cơ chế kiểm soát.Một tế bào vi khuẩn đơn giản như Escherichia coli đã có hơn 1000-2000 enzyme(thực tế hoặc tiềm năng) có thể tạo nên nhiều như 70% trọng lượng tất cả di động. Trong việc sử dụng chúng, cácngười đàn ông thực tế do đó sử dụng một hệ thống phức tạp, ông là khá không có khả năng hoặc xem trong tổng thể của nó.Do đó, trong quá trình phát triển ông thường buộc phải thực hiện thủ tục thực nghiệm và với ôngCác biện pháp kỹ thuật (thiết kế và hiệu suất của quá trình) hoạt động trên các quy định sinh học của ôngbiết chỉ là một kết quả tổng thể.Điều khiển quá trình phải bắt đầu từ các dữ kiện sinh học và sử dụng chúng cho các ứng dụng kỹ thuật. Cáctrao đổi chất của thêm chất diễn ra thông qua khoảng 20 bước và sản lượng về 20 axit amin, bốndeoxyribonucleotides, 4 ribonucleotides, khoảng mười vitamin, và một số các axit béo, từ đó hơn nữahơn 1000 protein, ba loại RNA, DNAs (+ plasmid), mucopeptides, polysaccharides, và chất béophải được tổng hợp. Trong procaryotes, các quá trình này có thể diễn ra trong 15-20 phút (= một thế hệthời gian), phối hợp các hoạt động của các yếu tố xúc tác đảm bảo undesired overproductionskhông xảy ra.Nó là thú vị rằng các quy định của hoạt động của enzyme diễn ra theo nguyên tắc tương tự nhưnhững người áp dụng trong công nghệ (đóng hành động chu kỳ).Tổ chức và điều trị của vật liệu là thích nghi với việc sử dụng đặc biệt, và khu phức hợp tất cảđược xây dựng trên cơ sở các phương pháp đo lường. Thủ tục này diễn ra vào tài khoản cácthực tế là đo lường kỹ thuật chủ yếu sau độc lập nhiệm vụ và mục tiêu chính xác trong cáchttp://www.eBook.edu.vn 87quá trình linh. Do đó, các thông tin thu được bằng cách đo lường liên quan đến các tức thờinhà nước của các hoạt động của quá trình lá mở câu hỏi cho dù và ứng dụng hữu ích được thực hiệnthông tin thu được. Trong khuôn khổ của quá trình phân tích, ứng dụng này được giới hạn trong cácTìm kiếm các mối quan hệ chức năng giữa các biến trạng thái và hiểu rõ các nguyên tắc của cácHệ thống sinh học tốt hơn. Tại địa điểm đầu tiên, do đó, phân tích này sau mục tiêu mở rộng của chúng tôikiến thức về sự tương tác của các sinh vật với môi trường của họ.Trên cơ sở kiến thức này, ta sau đó có thể ảnh hưởng đến các tính năng của quá trình trong một mong muốncách kiểm soát hoặc quy định. Ở đây, những khả năng của việc thực hiện kiểm soát của quá trình phảiđược thực hiện việc sử dụng bằng việc thành lập và duy trì các điều kiện môi trường tối ưu cho sự phát triển củaCác sinh vật và để hình thành các sản phẩm của họ.Trên cấp độ khác nhau của quá trình nghiên cứu và định hướng hành động về sự xuất hiện của quá trình, cácquá trình máy tính là một viện trợ hiệu quả. Cùng với quá trình phân tích này có thể mang lại cho vào sự nổi bậtkhả năng đặc biệt của nồng độ nhanh chóng của thông tin. Khi cải tiến thiết bị đo đạc làđưa vào tài khoản, nó có thể dễ dàng được nhìn thấy rằng các tác vụ này không tầm thường, và thông tin mong muốn làthường có sẵn chỉ sau khi quá trình magnitudes khác nhau đã được kết hợp. Ngoài những nhiệm vụtừ lĩnh vực xử lý dữ liệu và phân tích, phát triển có mục đích của một sử dụng ngày càng tăng của cácmáy tính trong điều khiển quá trình và quy định. Trong này kết nối nó phải dự kiến rằng khu phức hợp thậm chíchiến lược kiểm soát sẽ có khả năng được nhận ra đến một mức độ tăng. Từ điểm nhìn củakỹ thuật kiểm soát, khả năng của công thức toán học của cá nhân sinh học andchemicalengineering quá trình bước cũng là đặc biệt quan trọng. Bằng cách này, quá trình máy tính có thể cuối cùnglàm cho một đóng góp cho việc sử dụng ngày càng tăng kiến thức liên quan đến hiện tượng quy định trong vòngCác tế bào cho một cải thiện hiệu suất của quá trình.Một tối ưu hóa có thể được thực hiện trên cơ sở trước đó kiến thức (không trực tuyến), nhưng trong hiện tạihiện đại, tính toán trực tuyến, thực hiện bởi sự sẵn có của máy tính kỹ thuật số hiện đại, có thểcũng được sử dụng. Do đó, interrelationship của các kỹ thuật đo lường, điều khiển, vàcomputering phải được nghiên cứu.Số của số lượng quá trình và tham số trong quá trình lên men là rất lớn. Cho các mô tảvi sinh vật, nhà sinh học sử dụng về 100 magnitudes khác nhau, và các quy trình kỹ thuật vớivi sinh vật. Magnitudes vật lý hóa học, và quá trình-kỹ thuật có liên quan trong vẫn còn lớn hơnsố, vì vậy mà hệ thống phức tạp của quá trình lên men một không thể được tính hoặc mô tả hoàn toàn thậm chí trong mộtxấp xỉ. Giới hạn vẫn còn được thiết lập để xác định các phép đo trong công nghệ sinh học bằng kỹ thuậtCác yếu tố, vì vậy mà nhiều quá trình magnitudes có thể được đo lường-không phải ở tất cả,-không đủ chính xác, hoặc,-không phải trực tuyến (và do đó không thường xuyên đủ).Công nghệ sinh học, như là một khoa học công nghệ, vẫn là một lĩnh vực rất trẻ. Trong đo lường và kiểm soátkỹ thuật, kinh nghiệm và, đến một mức độ lớn, bộ máy, đã được thực hiện trên từ quá trình hóa họckỹ thuật. Trong một số quy trình đo lường, chuyển thể đã đã được thực hiện để các tính năng cụ thểcông nghệ sinh học, nhưng các phương pháp khác đã được rất không đầy đủ sử dụng trong công nghệ sinh học, trong nhiều trường hợp.Điều này áp dụng đặc biệt là với kỹ thuật điều khiển. Một lần nữa, phương pháp có thể được thực hiện trên từ khoa học khác vàáp dụng cho quá trình lên men kỹ thuật; Ví dụ, từ y học.Trong một bioprocess, bốn loại quá trình magnitudes có thể phân biệt:a. kiểm soát magnitudes (chế tác biến, imput magnitudes)sinh magnitudes của nhà nước (đo đạc)c. magnitudes của chất lượng (tối ưu hóa magnitudes, sản lượng magnitudes)mất đặc tính magnitudes (tham số)-lý thuyết tham số (vật lý, hóa học, sinh học mô hình)-thử nghiệm tham số (thử nghiệm quá trình nhận dạng).BÀI TẬPA. đọc và dịch sang tiếng Việtđo lường kỹ thuật, nhà nước ngay lập tức, mở rộng, cường độ, bào quan, cơ chế kiểm soát.http://www.eBook.edu.vn 88Sinh trả lời những câu hỏi sau đây1. là cần thiết để kiểm soát và điều chỉnh quá trình sinh học?2. những gì là mục đích của điều khiển quá trình trong quá trình sinh học?3. bao nhiêu bước được diễn ra trong sự trao đổi chất của chất nền nhập?4. là nó quan trọng để sử dụng khả năng của các công thức toán học và máy tính cá nhânquá trình sinh học hay kỹ thuật hóa học bước?5. gì là số của số lượng quá trình và các thông số trong quá trình lên men?C. Dịch sang tiếng Anh1. Vấn đề ban chỉnh và kiểm tra thường xuyên các quá trình sinh học xảy ra là rất quan trọng.2. Mỗi một quá trình lên men bởi các chủng vi sinh vật ông nội phải chuyển thành các bước kiểm tra,Ban chỉnh phù hợp

Kết quả (Việt) 2:

UNIT 59: QUY TRÌNH KIỂM SOÁT VÀ SINH HỌC
Các cơ sở của bất kỳ quá trình công nghệ sinh học là các tế bào phát triển hoặc nghỉ ngơi và các thành phần của nó
(các bào quan, enzymes). Các quá trình trao đổi chất mà là để được sử dụng cho các mục đích kinh tế trong
công nghệ sinh học đang được xúc tác bởi các chất xúc tác cụ thể (= biocatalysts = enzym) hoạt động trong số đó là
phụ thuộc vào cơ chế kiểm soát nhất định.
Một vi khuẩn di động đơn giản như Escherichia coli có sẵn hơn 1000-2000 enzyme
(thực tế hoặc tiềm năng) có thể tạo nên nhiều như 70% của tổng trọng lượng tế bào. Trong việc sử dụng chúng, những
người đàn ông thực tế là do sử dụng một hệ thống phức tạp, ông là khá không có khả năng hoặc xem trong toàn bộ của nó.
Do đó, trong quá trình phát triển, ông thường bị buộc phải thực hiện các thủ tục thực nghiệm và với mình
các biện pháp kỹ thuật (thiết kế và hiệu suất của quá trình) hoạt động trên quy định sinh học trong đó ông
chỉ biết có một kết quả tổng thể.
Quy trình kiểm soát phải bắt đầu từ những sự kiện sinh học và sử dụng chúng cho các ứng dụng kỹ thuật. Các
quá trình chuyển hóa của chất bổ sung thực hiện thông qua khoảng 20 bước và kết quả khoảng 20 axit amin, bốn
deoxyribonucleotides, bốn ribonucleotides, khoảng mười vitamin, và một số axit béo, từ đó nhiều
hơn 1000 protein, ba loại RNA, DNA (+ plasmid) , mucopeptides, polysaccharides và lipid
phải được tổng hợp. Trong procaryotes, các quá trình này có thể diễn ra trong vòng 15 đến 20 phút (= một thế hệ
thời gian), sự phối hợp của các hoạt động của các yếu tố xúc tác đảm bảo rằng overproductions không mong muốn
không xảy ra.
Điều thú vị là các quy định về hoạt động của enzyme diễn ra theo nguyên tắc tương tự như
những ứng dụng trong công nghệ (chu kỳ hành động đóng cửa).
Các tổ chức và điều trị của vật liệu được điều chỉnh để sử dụng đặc biệt, và tổng hợp
được xây dựng trên cơ sở các phương pháp đo lường. Thủ tục này sẽ diễn ra vào các tài khoản
thực tế là kỹ thuật đo lường chủ yếu sau nhiệm vụ độc lập và nhằm mục đích chính trong
http://www.ebook.edu.vn 87
quy trình công nghệ sinh học. Như vậy, các thông tin thu được bằng cách đo lường liên quan đến tức thời
trạng thái hoạt động của quá trình để ngỏ câu hỏi liệu và những ứng dụng hữu ích được thực hiện
của các thông tin thu được. Trong khuôn khổ của quá trình phân tích, ứng dụng này chỉ giới hạn trong
việc tìm kiếm các mối quan hệ chức năng giữa các biến của nhà nước và hiểu các nguyên tắc của các
hệ thống sinh học tốt hơn. Ở nơi đầu tiên, do đó, phân tích này sau các mục tiêu của chúng tôi mở rộng
kiến thức về sự tương tác của các sinh vật với môi trường của họ.
Trên cơ sở kiến thức này, đó là sau đó có thể ảnh hưởng đến tính năng của quá trình trong một mong muốn
định cách kiểm soát hoặc quy định. Ở đây, các khả năng của việc thực hiện kiểm soát các quá trình này phải
được thực hiện bằng cách sử dụng các thiết lập và duy trì các điều kiện môi trường tối ưu cho sự phát triển của
vi khuẩn cũng như cho sự hình thành của các sản phẩm của họ.
Trên cấp độ khác nhau của quá trình nghiên cứu và chỉ đạo hành động sự xuất hiện của quá trình này, các
máy tính là một quá trình hiệu quả viện trợ. Kết hợp với phân tích quá trình này có thể mang lại sự nổi bật vào
các khả năng đặc biệt của một tập trung nhanh chóng của thông tin. Khi cải tiến thiết bị đo đạc được
đưa vào tài khoản, nó có thể dễ dàng được nhìn thấy rằng những công việc này không phải tầm thường, và các thông tin mong muốn là
thường chỉ có sau khi độ lớn quá trình khác nhau đã được kết hợp. Ngoài các nhiệm vụ
từ các lĩnh vực xử lý dữ liệu và phân tích, phát triển có mục tiêu của việc sử dụng ngày càng tăng của các
máy tính trong quá trình kiểm soát và điều tiết. Trong mối liên hệ này, nó phải được dự kiến rằng thậm chí phức tạp
chiến lược kiểm soát sẽ có khả năng được thực hiện ở một mức độ tăng lên. Từ quan điểm của
kỹ thuật điều khiển, khả năng của các mô hình toán học của quá trình bước andchemicalengineering sinh cá nhân cũng có tầm quan trọng đặc biệt là. Bằng cách này, các máy tính quá trình cuối cùng có thể
đóng góp cho việc sử dụng ngày càng tăng kiến thức về các hiện tượng quy định trong
các tế bào cho một cải thiện hiệu suất của quá trình này.
Một tối ưu hóa có thể được thực hiện trên cơ sở các kiến thức trước đó (off-line) nhưng , trong hiện tại
nhà nước của nghệ thuật, tính toán trên mạng, có thể được thực hiện bởi sự sẵn có của máy tính kỹ thuật số hiện đại, có thể
cũng được sử dụng. Do đó, sự tương quan của các kỹ thuật đo lường, điều khiển, và
tin học phải được nghiên cứu.
Số lượng quá trình và các thông số trong quá trình lên men là rất lớn. Đối với các mô tả
của các vi sinh vật, các nhà sinh học sử dụng khoảng 100 độ lớn khác nhau, và trong quá trình kỹ thuật với
các vi sinh vật. Hóa học vật lý, và quá trình kỹ thuật có liên quan đến độ lớn vẫn còn lớn hơn
số lượng, vì vậy mà các hệ thống phức tạp của một quá trình lên men không thể tính toán được mô tả hoàn toàn hoặc thậm chí trong một
xấp xỉ. Giới hạn vẫn được thiết lập để xác định các phép đo trong công nghệ sinh học bằng kỹ thuật
yếu tố, vì vậy mà nhiều cường độ quá trình có thể được đo lường
- không gì cả,
- không đủ chính xác, hay,
-. không on-line (và do đó không đủ thường xuyên)
Công nghệ sinh học, là một công nghệ khoa học, vẫn còn là một lĩnh vực rất trẻ. Trong đo lường và kiểm soát
kỹ thuật, kinh nghiệm, và ở một mức độ lớn, bộ máy, đã được lấy từ quá trình hóa học
kỹ thuật. Trong một số quy trình đo, chuyển thể đã được thực hiện cho các tính năng đặc biệt
của công nghệ sinh học nhưng các phương pháp khác đã được rất không đầy đủ sử dụng trong công nghệ sinh học, trong nhiều trường hợp.
Điều này đặc biệt áp dụng để kiểm soát kỹ thuật. Một lần nữa, phương pháp này có thể được lấy từ các khoa học khác và
áp dụng kỹ thuật lên men; . ví dụ, từ các loại thuốc
trong một Xử Lý Sinh, bốn loại trình độ lớn có thể được phân biệt:
a. Biên độ điều khiển (biến chế tác, độ lớn imput)
b. Độ lớn của nhà nước (đo lường)
c. Độ lớn của chất lượng (độ lớn tối ưu hóa, sản lượng độ lớn)
d. Đặc tính độ lớn (thông số)
- thông số lý thuyết (vật lý, hóa học, sinh học mô hình)
-. thông số thực nghiệm (xác định quá trình thử nghiệm)
Bài tập
A. Đọc và dịch sang tiếng Việt
kỹ thuật đo lường, nhà nước tức thời, mở rộng, độ lớn, các bào quan, cơ chế kiểm soát.
http://www.ebook.edu.vn 88
B. Trả lời các câu hỏi sau đây
1. Có cần thiết để kiểm soát và điều tiết các quá trình sinh học?
2. Mục đích của quá trình điều khiển trong quá trình sinh học là gì?
3. Có bao nhiêu bước được đưa ra trong quá trình chuyển hóa của chất bổ sung?
4. Là điều quan trọng để sử dụng khả năng của các công thức toán học và máy tính cá nhân cho
các bước sinh học hoặc quá trình hoá học-kỹ thuật?
5. Số lượng quá trình và các thông số trong quá trình lên men là gì?
C. Dịch sang tiếng Anh
1. Vấn đề điều chỉnh and checks thường xuyên quá trình the sinh học xảy ra is very important.
2. Every one quá trình lên men bởi the chủng vi sinh vật khác nhau non hình thành of bước kiểm tra,
điều chỉnh phù hợp