DE3139310C2 - System zur Steuerung der Kultivierung von Mikroorganismen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur Steuerung der Kultivierung von Mikroorganismen, das ein Steuerpult (3), daran angeschlossene Geber (1) zur Erfassung der zu kontrollierenden Parameter, eine Eingabeeinrichtung (4) zur Eingabe von chemischen Analysendaten, einen Einstellblock und einen Steuersignalgeber aufweist; das erfindungsgemäße System ist durch einen Kanal zur Steuerung der Mikroorganismenkultivierung aufgrund morphologischer Kenndaten der Mikroorganismen gekennzeichnet. Dieser Kanal umfaßt ein Abtastmikroskop (11), von dem die Information über die untersuchte Probe der Suspension der Mikroorganismenpopulation übertragen wird, einen Speicher (14), der zur Speicherung der von den Gebern (1) und der Recheneinrichtung (12) gelieferten Information dient und mit den Gebern (1) eingangsseitig verbunden ist, sowie einen Korrektursignalgeber (18).

Description

• Die Erfindung betrifft Systeme zur Steuerung technologischer Prozesse und insbesondere Systeme zur Steuerung der Züchtung von Mikroorganismen.
• Das erfindungsgemäße System eignet sich insbesondere zur Anwendung in der technischen Mikrobiologie, beispielsweise zur Herstellung eiweiß- und vitaminhaltiger Konzentrate, Enzyme, Antibiotika u. dgl., d. h. für Produktionsprozesse, bei denen Mikroorganismen gezüchtet werden.
• Es sind bereits mehrere Systeme zur Steuerung von Fermentationsprozessen bekannt. Hierzu gehört ein System zur Regelung der Komponentenzufuhr, bei dem die Zufuhr der Komponenten lediglich in Abhängigkeit von der Wärmeentwicklung geregelt wird. Ein anderes bekanntes System weist eine Logikeinrichtung auf, die mit dem Ausgang einer Einheit zur Bestimmung des Atmungsquotienten sowie mit Gebern zur Überwachung der gelösten Sauerstoffmenge und einem Stellglied verbunden ist. Auch bei einigen anderen bekannten Systemen wird der Prozeß aufgrund von Geberdaten über die Änderung der gelösten Sauerstoffmenge geregelt.
• Es ist ferner ein System bekannt, bei dem die zur Prozeßüberwachung eingesetzten Geber über eine Logikeinrichtung mit einem Steuersignalgeber verbunden sind, dessen Ausgänge an Stellglieder angeschlossen sind, die zur Regelung der Komponentenzufuhr zu einem Fermenter dienen.
• Dieses System weist elektrische Geber auf, deren Signale den Volumina einzelner Zellen der Mikroorganismen proportional sind. Ferner werden bei diesem System ein elektrischer Durchlässigkeitsgeber mit einem zweipoligen elektrischen Schwingungsgenerator zur Erzeugung einer Information über die Menge der Biomasse und der Hauptkomponente des Rohmaterials, ein Geber zur Erfassung der gelösten Gasmenge sowie ein optischer Geber in einem turbidostatischen Dichteregelungskanal verwendet. Bei diesem System werden nicht alle bekannten Geber zur Überwachung von Kennwerten des Fermentationsvorgangs angewandt, auch werden keine Daten der chemischen und mikrobiologischen Analyse der gezüchteten Kultur im System benutzt.
• Bei allen bekannten Systemen werden die Gebersignale ferner zur Stabilisierung der Prozeßparameter oder zu ihrer Änderung aufgrund eines mathematischen Näherungsmodells verwendet. Die Steuerung der Züchtung von Mikroorganismen ist jedoch so kompliziert, daß sie derzeit mit Hilfe mathematischer Modelle nicht vollständig beschrieben werden kann, weshalb mathematische Modelle keine weitgehende Anwendung finden.
• Ein weiteres bekanntes System zur Kontrolle und Regelung der wichtigsten Prozeßparameter bei der Herstellung von Eiweiß-Vitamin-Konzentraten mit kohlenwasserstoffoxierenden Hefen beruht ebenfalls auf dem bekannten Verfahren der Parameterstabilisierung auf einem vorgegebenen Niveau (vgl. A. A. Krassovski, Grundlagen der Automation und der technischen Kybernetik, Moskau, 1961).
• Dieses System enthält einen Fermenter, einen Geberblock zur Erfassung der zu kontrollierenden Parameter des Kulturmediums, einen Steuersignalgeber, einen Stellgliedblock zur Steuerung der Zufuhr der Komponenten des Kulturmediums und zur Einhaltung der Züchtungsbedingungen innerhalb vorgegebener Grenzen, ein Steuerpult, einen Einstellblock zur Vorgabe anfänglicher Parameterwerte sowie eine Einrichtung zur Eingabe von Ergebnissen der chemischen Analyse. Der Fermentationsvorgang wird vom Steuerpult aus aufgrund von Daten des Geberblocks sowie von chemischen Daten korrigiert, die alle zwei Stunden in das Steuerpult eingegeben werden.
• Dabei werden folgende wichtige Parameter des Fermentationsvorgangs sowie folgende chemische Daten zur Prozeßsteuerung herangezogen:
  
• Nutzinhalt des Fermenters (für Hefesuspension) (m³),
  Durchflußgeschwindigkeit der Kulturflüssigkeit (m³/h),
  Temperatur der Hefesuspension (°C),
  pH-Wert des Mediums,
  CO₂-Gehalt in den Abgasen (%),
  O₂-Gehalt in den Abgasen (%),
  Belüftung (m³/h),
  Phosphorgehalt (mg/l),
  Stickstoffgehalt (mg/l),
  Paraffingehalt im Medium (mg/l),
  Paraffingehalt insgesamt (Paraffingehalt im Medium + Lipideinschlüsse + Paraffingehalt in den Zellen),
  Konzentration der Hefezellen (%),
  Eiweißgehalt in der Biomasse (%),
  Lipidgehalt in der Biomasse (%),
  Gehalt an restlichen Kohlenhydraten in der Biomasse (%),
  Feuchtigkeit (%),
  Aschegehalt der Biomasse (%),
  feste Beimengungen und
  Qualität (Tap) des benutzten Rohstoffs (Paraffin u. dgl.).


• Dieses herkömmliche System arbeitet wie folgt:
• Im Fermenter werden Mikroorganismen, beispielsweise Hefezellen, gezüchtet, die das Paraffin oxidieren. Die Geber messen die oben angegebenen Parameter des Fermentationsvorgangs in der betreffenden Kultur. Die Ausgangssignale des Geberblocks werden mit vorgegebenen anfänglichen Einstellwerten im Steuersignalgeber verglichen; die sich aus der Differenz der vorgegebenen und der tatsächlichen Parameter ergebenden Differenzsignale werden den Stellgliedern zugeführt. Die Stellglieder vergrößern oder verringern proportional zu der vorliegenden Sollwertabweichung die Zufuhr der in den Fermenter eingeleiteten Komponente, die die Abweichung eines gesteuerten Parameters vom Sollwert verursacht hatte. Wenn sich beispielsweise der pH-Wert des Materials im Fermenter geändert hat, wird die Zufuhr von Ammoniak um einen am Steuerpult vorgegebenen Betrag so verringert, daß wieder ein normaler Prozeßablauf erzielt wird. In ähnlicher Weise werden auch die übrigen Parameter geregelt.
• Dieses System zur Steuerung des Fermentationsvorgangs ist jedoch nicht dazu geeignet, eine optimale Prozeßsteuerung zu gewährleisten, bei der bei minimalem Rohstoffverbrauch und minimalem Prozentgehalt an restlichen Kohlenwasserstoffen in der Biomasse eine maximale Ausbeute an Biomasse erreicht wird. Die Abweichungen des Fermentationsvorgangs vom normalen Ablauf beruhen auf drei Hauptursachen:
• Ein Grund besteht darin, daß im System keine kontinuierliche quantitative Bewertung zeitlich diskret, beispielsweise alle zwei Stunden, gelieferter mikrobiologischer Daten und keine Bewertung der Konzentration der Biomasse und der restlichen Nährkomponenten vorgenommen werden können.
• Ein weiterer, nicht weniger wichtiger Grund ist die Unvollständigkeit der visuellen morphologischen Beschreibung der Mikroorganismenzellen, beispielsweise Hefezellen, da eine vollständige Beschreibung zu einer unzulässigen Verlängerung der diskret ausgegebenen morphologischen Daten führen würde. Außerdem können einige mikrobiologische Daten wie etwa die statischen Strukturcharakteristiken der gesamten Mikroorganismenpopulation überhaupt nicht qualitativ bewertet werden, obgleich diese Charakteristiken durchaus günstig als Parameter für die Prozeßsteuerung herangezogen werden könnten.
• Die dritte Ursache für die Prozeßabweichungen vom optimalen Ablauf liegt in der subjektiven Entscheidung des Steuerpersonals, das die eingestellten Werte der Hauptparameter aufgrund erhaltener Daten vom Steuerpult aus ändert. Auch dies führt zu Prozeßabweichungen vom optimalen Verlauf und damit zu einer Verringerung der erzeugten Menge an Biomasse und ihrer Qualität.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zur Steuerung der Züchtung von Mikroorganismen anzugeben, bei dem die automatische Bestimmung der morphologischen Merkmale und der statischen Charakteristiken einer Mikroorganismenpopulation bei ihrer Züchtung und Identifizierung ermöglicht und dadurch die Optimierung des Züchtungsvorgangs hinsichtlich Ausbeute und Produktqualität gewährleistet wird.
• Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.
• Das erfindungsgemäße System zur Steuerung der Kultivierung von Mikroorganismen weist ein Steuerpult zur Eingabe von Meßergebnissen der zu kontrollierenden Parameter und chemischen Analysendaten des Kulturmediums, Geber, die die zu kontrollierenden Parameter des Kulturmediums erfassen, eine Eingabeeinrichtung zur Eingabe chemischer Analysendaten, einen Einstellblock zur Vorgabe anfänglicher Steuersignalwerte und einen Steuersignalgeber auf, dessen Eingänge mit dem Steuerpult und dem Einstellblock und dessen Ausgänge mit Stellgliedern zur Änderung der Zufuhr der Komponenten des Kulturmediums zur Einhaltung der Kultivierungsbedingungen innerhalb vorgegebener Grenzen verbunden sind und ist gekennzeichnet durch einen Kanal zur Steuerung der Mikroorganismen nach morphologischen Kennwerten mit
  
• - einer Recheneinheit zur Berechnung der morphologischen Kennwerte der Mikroorganismenpopulation,
  - einem Abtastmikroskop zur Untersuchung von Proben der Mikroorganismensuspension und zur Übertragung der Information auf die Recheneinrichtung,
  - einem Speicher zur Speicherung der von den Gebern und der Recheneinrichtung gelieferten Informationen, dessen Eingänge mit den Gebern und dessen Ausgänge mit der Recheneinrichtung verbunden sind, und
  - einem Korrektursignalgeber zur Korrektur der Steuersignale, dessen Eingänge mit den Gebern, den Ausgängen der Recheneinrichtung, des Speichers und der Eingabeeinrichtung zur Eingabe von chemischen Analysendaten und dessen Ausgänge über einen Schalter mit dem Steuerpult und dem Steuersignalgeber verbunden sind.


• Zur Überwachung des Kultivierungsvorgangs, beispielsweise der Hefezüchtung, kann die Recheneinrichtung zur Berechnung der morphologischen Kennwerte der Mikroorganismenpopulation ein Abtastmikroskop zur Untersuchung von Proben des Kulturmediums und zur Übertragung der Information an eine zur Erzeugung von mikroskopischen Abbildungen der Mikroorganismenpopulation vorgesehene Abbildungseinheit enthalten, deren Ausgänge mit einer Einheit zur Bestimmung der Maximalgröße der Zellen der Mikroorganismen bei ihrer Kultivierung, einer Einheit zur Ermittlung der Verteilungsfunktion der Helligkeitsamplituden des Cytoplasmas jeder abgetasteten Zelle, einer Einheit zur Bestimmung der polymodalen Verteilungsfunktion der Helligkeitsamplituden aller Zellen und Tropfen des festlöslichen Substrats im Abtastfeld, einer Einheit zur Bestimmung des Prozentgehalts an knospenden Zellen, einer Einheit zur Ermittlung des Verhältnisses der Vakuolenfläche zur Zellenfläche, einer Einheit zur Bestimmung des Formfaktors, einer Einheit zum Nachweis einer vorhandenen infizierenden bakteriellen Mikroflora und einer Einheit zur Ermittlung des Verhältnisses der Fläche von Lipideinschlüssen zur Zellenfläche verbunden sind, wobei der Ausgang der Einheit zur Ermittlung der Maximalgröße der Zellen mit dem Eingang der Einheit zur Bestimmung des Formfaktors verbunden ist und der Ausgang der Einheit zur Ermittlung des Verhältnisses von Vakuolenfläche zu Zellenfläche am Eingang der Einheit zur Ermittlung des Verhältnisses der Fläche von Lipideinschlüssen zur Zellenfläche liegt.
• Der zur Speicherung der erhaltenen Information vorgesehene Speicher kann seinerseits eine Gruppe von Einheiten zur Bildung von Sätzen von Prozeßzustands-Kenndaten enthalten, die dem jeweiligen Zusammenhang zwischen dem Durchsatz an Nährmedium, der Hauptsubstratzufuhr und der Zufuhr von Salzen und Spurenelementen entsprechen; jede dieser Einheiten kann über eine entsprechende Vergleichsschaltung an einen Umschalter angeschlossen werden, der von einem Parametereinsteller gesteuert wird und eingangsseitig über eine logische UND- Schaltung mit der Eingabeeinrichtung zur Eingabe von chemischen Analysendaten, der Recheneinrichtung zur Berechnung der morphologischen Kennwerte und den Gebern zur Erfassung der zu überwachenden Parameter des Kulturmediums verbunden ist, wobei die Eingänge der logischen UND-Schaltung an die Ausgänge von Vergleichern angeschlossen sind, die zum Vergleich der Konzentration der Biomasse und des Restsubstrats zu verschiedenen Zeitpunkten dienen.
• Der Korrektursignalgeber enthält vorteilhafterweise folgende Schaltungen: Eine Schaltung zur Auswahl von Gewichtsfaktoren der Kenndaten aller Informationssätze, eine an den Ausgang dieser Schaltung angeschlossene Zuordnungsschaltung zur Zuordnung der jeweiligen Gewichtungsfaktoren zu den Kenndatensätzen, eine an den Ausgang dieser Zuordnungsschaltung angeschlossene Klassierungsschaltung zur Klassierung von Kenndatengruppen des jeweiligen Prozeßzustands und ihrer Zuordnung zu einem der im Speicher abgespeicherten Kenndatensätze sowie eine mit dem Ausgang der Klassierungsschaltung verbundene Korrekturschaltung zur Korrektur der eingestellten Parameterwerte.
• Wenn die beim Steuervorgang erzeugten Korrektursignale zu einer Erhöhung der Konzentration an Biomasse führen und keine Erhöhung der Konzentration des Restsubstrats bewirken, werden die summarischen Zustandskenndaten in eine der Einheiten zur Bildung von Kenndatensätzen eingegeben, wobei der Korrektursignalgeber zu diesem Zweck Vergleicher zum Vergleich der Konzentrationen der Biomasse und des Restsubstrats zu verschiedenen Zeitpunkten, eine mit den Eingängen an die Vergleicher angeschlossene logische UND-Schaltung sowie eine Schaltung zur Substitution der nächsten Kenndatenkombination durch die laufende Kombination der gleichen Kenndaten enthält.
• Der Korrektursignalgeber kann einen Substitutionszähler aufweisen, der mit dem Ausgang der Schaltung zur Substitution der nächsten Kenndatenkombination verbunden wird, sowie eine Vergleichsschaltung zum Vergleich der vorgegebenen Substitutionszahl mit der gemessenen Substitutionszahl aufweisen, wobei der Eingang dieser Vergleichsschaltung mit dem Ausgang des Zählers und ihr Ausgang mit der Schaltung zur Auswahl von Gewichtungsfaktoren verbunden sind.
• Wenn sich beim Betrieb des Systems eine Kenndatengruppe ergibt, die früher nicht vorgekommen war und von den zuvor beim Lernbetrieb eingebrachten Zustandsmerkmalen erheblich abweicht, kann in das erfindungsgemäße System zur Vorbeugung von Ausfällen eine mit dem Ausgang der Recheneinrichtung verbundene Einheit zur integrierten Bewertung des Zustands der Mikroorganismenpopulation und ein Mehrkanalkorrelator, dessen Eingänge mit den Gebern für die zu kontrollierenden Parameter und mit der Einheit zur integrierten Bewertung verbunden werden, sowie ein Extremwertregler vorgesehen werden, dessen Eingang an den Ausgang des Mehrkanalkorrelators angeschlossen und dessen Ausgang mit dem Steuerpult verbunden wird, wobei die Einheit zur integrierten Bewertung des Zustands der Mikroorganismenpopulation einen Quadrierer, in den über eine Vergleichsschaltung der jeweilige und der vorgegebene Wert der entsprechenden Zustandskenndaten eingegeben werden, sowie einen Summierer mit einer Speichereinrichtung aufweist, deren Eingang mit dem Ausgang des Quadrierers verbunden ist, wobei am Ausgang des Summierers ein Signal erzeugt wird, das der integrierten Bewertung des Zustands der Mikroorganismenpopulation entspricht.
• Zur Kontrolle der Kultivierung des Mycels höherer Pilze kann die Recheneinrichtung eine Einheit zur Erzeugung von Abbildungen der Mikroorganismenpopulation enthalten, an deren Ausgängen entsprechend eine Einheit zur Bestimmung des Pilzfadendurchmessers, eine Einheit zur Bestimmung der Verteilungsfunktion der Helligkeitsamplituden des Cytoplasmas bei jedem abgetasteten Pilzfaden sowie eine Einheit zur Ermittlung des Verhältnisses der Fläche von Lipideinschlüssen zur Pilzfadenfläche vorgesehen sind.
• Mit dem erfindungsgemäßen System läßt sich die Mikroorganismenkultivierung nicht nur automatisieren, sondern auch optimieren, wobei die Leistung des Fermenters sowie die Qualität des Endprodukts bedeutend erhöht werden.
• Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigt
• Fig. 1 ein Schema des erfindungsgemäßen Systems;
• Fig. 2 ein Schema der Recheneinrichtung des erfindungsgemäßen Systems;
• Fig. 3 eine schematische Darstellung des Speichers des erfindungsgemäßen Systems;
• Fig. 4 eine schematische Darstellung des Korrektursignalgebers des erfindungsgemäßen Systems;
• Fig. 5 ein Schema des Korrektursignalgebers mit einem Substitutionszähler;
• Fig. 6 eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems;
• Fig. 7 ein Blockschaltbild der Einheit zur integrierten Bewertung des erfindungsgemäßen Systems sowie
• Fig. 8 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der Recheneinrichtung des erfindungsgemäßen Systems.
• Zur Erfassung der zu steuernden Parameter des Kulturmediums enthält das erfindungsgemäße System Geber 1 (Fig. 1), die sich im Fermenter 2 befinden und mit einem Steuerpult 3 verbunden sind, sowie eine Eingabeeinrichtung 4 zur Eingabe von chemischen Analysendaten.
• Das System umfaßt ferner einen Steuersignalgeber 5, der mit Stellgliedern 6 verbunden ist, die die Förderung der Komponenten des Nährmediums in den Fermenter 2 zur Einhaltung der Kultivierungsbedingungen innerhalb vorgegebener Grenzen steuern. Die Eingänge 7 und 8 des Steuersignalgebers 5 sind mit den Ausgängen der Geber 1 bzw. mit den Ausgängen des Steuerpults 3 verbunden, das die Ergebnisse der Messung der zu überwachenden Parameter und die chemischen Analysendaten von Proben des Kulturmediums liefert. Am Eingang 9 des Steuersignalgebers 5 liegt der Einstellblock 10, mit dem die anfänglichen Steuersignalwerte vorgegeben werden.
• Im erfindungsgemäßen System ist ein Kanal zur Steuerung der Mikroorganismenkultivierung nach morphologischen Merkmalen der Mikroorganismen vorgesehen. Dieser Kanal enthält ein Abtastmikroskop 11, das zur Untersuchung von Proben der Mikroorganismensuspension und zur Übertragung der Information an eine Recheneinrichtung 12 dient, die die morphologischen Kennwerte der Mikroorganismenpopulation berechnet. Der Ausgang der Recheneinrichtung 12 ist mit dem Eingang 13 des Steuerpults 3 verbunden. Zur Speicherung der erhaltenen Information enthält der Kanal einen Speicher 14, dessen Eingang 15 mit den Ausgängen der Geber 1 und dessen Eingang 16 mit dem Ausgang der Recheneinrichtung 12 verbunden sind.
• Am Ausgang des Speichers 14 liegt der Eingang 17 des zur Korrektur der Steuersignale vorgesehenen Korrektursignalgebers 18, dessen andere Eingänge 19, 20, 21 mit den Ausgängen der Geber 1, der Recheneinrichtung 12 bzw. der Eingabeeinrichtung 4 zur Eingabe der chemischen Analysendaten verbunden sind.
• Der Ausgang des Korrektursignalgebers 18 ist über einen Schalter 22 mit dem Eingang 23 des Steuerpults 3 und mit dem Eingang 24 des Steuersignalgebers 5 verbunden.
• Die Recheneinrichtung 12 umfaßt eine mit dem Abtastmikroskop 11 verbundene Abbildungseinheit 25 ( Fig. 2) zur Erzeugung von mikroskopischen Abbildungen der Mikroorganismenpopulation, eine Einheit 26 zur Bestimmung der Maximalgröße der Zellen der Mikroorganismen bei ihrer Kultivierung, eine Einheit 27 zur Ermittlung der Verteilungsfunktion der Helligkeitsamplituden des Cytoplasmas jeder abgetasteten Zelle, eine Einheit 28 zur Bestimmung der polymodalen Verteilungsfunktion der Helligkeitsamplituden aller Zellen und Tropfen des festlöslichen Substrats, z. B. der Paraffintropfen, im Abtastfeld, eine Einheit 29 zur Ermittlung des Verhältnisses der Vakuolenfläche zur Zellenfläche, eine Einheit 30 zur Ermittlung des Verhältnisses der Fläche von Lipideinschlüssen zur Zellenfläche, eine Einheit 31 zur Bestimmung des Formfaktors, eine Einheit 32 zum Nachweis einer vorhandenen infizierenden bakteriellen Mikroflora und eine Einheit 33 zur Bestimmung des Prozentgehalts an knospenden Zellen.
• Der Eingang der Einheit 31 ist mit dem Ausgang der Einheit 26 und der Ausgang der Einheit 29 mit dem Eingang der Einheit 30 verbunden.
• Der Speicher 14 enthält eine Gruppe von Einheiten 34 ₁, 34 ₂, 34 ₃ . . . 34 _N (Fig. 3) zur Bildung von Sätzen von Prozeßzustands-Kenndaten, die dem jeweiligen Zusammenhang zwischen Nährmedium-Durchsatz D, Hauptsubstratzufuhr S _o und der Zufuhr C von Salzen und Spurenelementen entsprechen (Bezeichnung analog den Einheiten 34).
• Jede der Einheiten 34 ist über eine ihr zugeordnete Vergleichsschaltung 35 mit einem Umschalter 36 mit Wähler 90 verbunden, der von einem Parametereinsteller 37 gesteuert wird.
• Der Eingang 38 des Umschalters 36 ist über eine logische UND-Schaltung 39 an die Eingabeeinrichtung 4 (Fig. 1), an die Recheneinrichtung 12 und an die Geber 1 angeschlossen. Die Eingänge 40, 41 (Fig. 3) der logischen UND- Schaltung 39 sind mit den Ausgängen der Vergleicher 42, 43 zum Vergleich der Konzentrationen X der Biomasse und des Restsubstrats S _o zu verschiedenen Zeitpunkten (t) verbunden (X (t ₁), X (t ₂), Δ X, S _o , S(t)).
• Der Korrektursignalgeber 18 enthält eine Schaltung 44 (Fig. 4) zur Auswahl von Gewichtungsfaktoren der Kenndaten aller Informationssätze, eine mit dem Eingang 46 an den Ausgang der Schaltung 44 angeschlossene Schaltung 45 zur Zuordnung der entsprechenden Gewichtungsfaktoren zu den Kenndatensätzen, eine Klassierungsschaltung 47 zur Klassierung von Kenndatengruppen des jeweiligen Prozeßzustands und ihrer Zuordnung zu einem der im Speicher 14 (Fig. 1) eingespeicherten Kenndatensätze sowie eine Korrekturschaltung 48 (Fig. 4) zur Korrektur der eingestellten Parameterwerte.
• Der Eingang 49 der Klassierungsschaltung 47 ist an den Ausgang der Schaltung 45 und der Eingang 50 der Korrekturschaltung 48 an den Ausgang der Klassierungsschaltung 47 angeschlossen.
• Die Eingänge 51, 52, 53 der Klassierungsschaltung 47 sind entsprechend mit den Ausgängen der Eingabeeinrichtung 4, der Recheneinrichtung 12 bzw. der Geber 1 verbunden. Der Korrektursignalgeber 18 weist erfindungsgemäß Vergleicher 54, 55 (Fig. 5) zum Vergleich der Konzentration in der Biomasse und des Restsubstrats zu verschiedenen Zeitpunkten auf. Den Eingängen 56, 57 des ersten Vergleichers 54 werden Signale zugeführt, die der Konzentration der Biomasse (X (t ₂), X (t ₃)) entsprechen, während auf die Eingänge 58 und 59 des zweiten Vergleichers 55 die der Konzentration des Restsubstrats (S _o , S (t ₃)) entsprechenden Signale gegeben werden.
• Der Ausgang des Vergleichers 54 ist über eine Vergleichsschaltung 60 (Δ X) mit dem Eingang 61 der logischen UND-Schaltung 62 verbunden, an deren zweitem Eingang 63 der Ausgang des Vergleichers 55 liegt.
• Zum Korrektursignalgeber 18 gehört ferner eine Substitutionsschaltung 64 zur Substitution der nächsten Kenndatenkombination durch die laufende Kombination der gleichen Kenndaten des Prozesses.
• Bei der Substitutionsschaltung 64 sind die Eingänge 65 an den Ausgang der logischen UND-Schaltung 62 und der Ausgang an den Eingang 66 der Schaltung 45 zur Zuordnung der entsprechenden Gewichtungsfaktoren zu den Kenndatensätzen angeschlossen.
• Der Korrektursignalgeber 18 weist ferner einen Substitutionszähler 67, dessen Eingang 68 mit dem Ausgang der Substitutionsschaltung 64 verbunden ist, sowie eine Vergleichsschaltung 69 zum Vergleich der vorgegebenen Substitutionszahl mit der gemessenen Substitutionszahl auf. Bei dieser Vergleichsschaltung 69 ist der Eingang 70 an den Ausgang des Substitutionszählers 67 angeschlossen, während ihrem Eingang 71 ein Signal zugeführt wird, das der vorgegebenen Substitutionszahl entspricht. Der Ausgang der Vergleichsschaltung 69 ist über einen Schalter 72 mit dem Eingang 73 der Schaltung 44 zur Auswahl von Gewichtungsfaktoren der Kenndaten verbunden.
• Zur Erweiterung des Funktionsbereichs ist das erfindungsgemäße System mit einer Einheit 74 (Fig. 6) zur integrierten Bewertung des Zustands der Mikroorganismenpopulation ausgestattet, deren Eingang 75 mit dem Ausgang der Recheneinrichtung 12 und deren Ausgang mit dem Eingang 76 eines Mehrkanalkorrelators 77 verbunden sind. Die Eingänge 78 des Mehrkanalkorrelators 77 liegen an den Ausgängen der Geber 1, während seine Ausgänge an einen Extremwertregler 79 angeschlossen sind. Die Ausgänge des Extremwertreglers 79 sind mit dem Steuerpult 3 verbunden.
• Die Einheit 74 enthält ihrerseits einen Quadrierer 80 (Fig. 7), dessen Eingang 81 an den Ausgang der Vergleichsschaltung 82 und deren Ausgang an einen Summierer 83 angeschlossen sind, zu dem auch eine Speichereinrichtung 84 gehört. Den Eingängen 85 und 86 werden die laufenden und die vorgegebenen Werte der entsprechenden Zustandskenndaten zugeführt. Am Ausgang des Summierers 83 erscheint ein Signal, das der integrierten Bewertung des Zustands der Mikroorganismenpopulation entspricht.
• Das oben erläuterte Beispiel des erfindungsgemäßen Systems betrifft die Prozeßsteuerung bei der Hefezüchtung. Ein ähnliches System kann jedoch auch zur Steuerung der Kultivierung beliebiger anderer Mikroorganismen, z. B. von höheren Pilzen, herangezogen werden.
• In diesen Fällen enthält die Recheneinrichtung die Abbildungseinheit 25 zur Erzeugung mikroskopischer Abbildungen der Mikroorganismenpopulation sowie eine Einheit 87 (Fig. 8) zur Bestimmung des Pilzfadendurchmessers, eine Einheit 88 zur Bestimmung der Verteilungsfunktion der Helligkeitsamplituden des Cytoplasmas bei jedem abgetasteten Pilzfaden sowie eine Einheit 89 zur Ermittlung des Verhältnisses der Fläche der Lipideinschlüsse zur Pilzfadenfläche. Die Ausgänge der Einheiten 87, 88, 89 sind mit der Abbildungseinheit 25 verbunden.
• Die Baueinheiten und Geber des erfindungsgemäßen Systems können in beliebiger bekannter Weise ausgeführt werden, auch können bereits fertig verfügbare Baueinheiten verwendet werden.
• Das erfindungsgemäße System arbeitet wie folgt:
• Der Betrieb beginnt mit dem Lernbetrieb, wozu der Schalter 22 in die neutrale Stellung gebracht wird. Dem Steuerpult 3 und dem Speicher 14 werden Daten von den zur Überwachung der physikalisch-chemischen Parameter vorgesehenen Geber 1, von der Recheneinrichtung 12 sowie von der Eingabeeinrichtung 4 zugeführt. Aufgrund dieser Daten wird am Steuerpult 3 entschieden, einige Bereiche der mit dem Einstellblock 10 vorgegebenen Parameter zu ändern. Größe und Vorzeichen dieser Änderungen der Zufuhr der in den Fermenter 2 geleiteten Komponenten, die diese Parameter beeinflussen, gelangen vom Steuerpult 3 in den Speicher 14 und werden dort auf einer "Seite", d. h. in einer Gruppe von Kenndatensätzen, neben den Daten der Geber 1, der Recheneinrichtung 12 und der Eingabeeinrichtung 4 aufgezeichnet, die eine Entscheidung zur Parameteränderung betrifft. Wenn sich die Entscheidung als richtig erweist, bleiben die von den Gebern 1, der Recheneinrichtung 12 und der Eingabeeinrichtung 4 sowie gemäß der Entscheidung eingegebenen Daten im Speicher 14, bei negativer Auswirkung der Entscheidung, d. h. Verringerung der Ausbeute an Biomasse bzw. Herabsetzung der Qualität der Biomasse, werden die Daten im Speicher 14 gelöscht. In diesen Speicherbereich wird auch der Vergrößerungsfaktor der Wirtschaftlichkeitskennzahlen eingelesen. In vorgegebenen Zeitabständen wird der beschriebene Zyklus wiederholt, wobei aus den einzelnen, für den betreffenden Rohstoff, beispielsweise Paraffin, eingespeicherten Speicherbereichen (Seiten) im Speicher 14 ein Informationssatz ("Buch") zusammengestellt wird. Hierzu ist zu bemerken, daß die Nullwerte der Komponentenänderungen und die dabei erhaltenen positiven Ergebnisse ebenfalls in den Speicher 14 eingelesen werden.
• Beim Lernbetrieb müssen nicht spezielle Bedingungen für Prozeßabweichungen vom Sollbetrieb vorgegeben werden, da eben real ablaufende Prozesse behandelt werden. Nach Beendigung des Lernbetriebs, der während einer Zeit t (mehrere Wochen oder Monate lang) durchgeführt wird, erfolgt die mathematische Verarbeitung der erhaltenen Ergebnisse (Wahl der Metrik, der Gewichtungsfaktoren u. dgl.). Dann wird der Schalter 22 in die Stellung I gebracht, worauf das System halbautomatisch wie folgt beratende Funktion übernimmt:
• Die von den Gebern 1, der Recheneinrichtung 12 und der Eingabeeinrichtung 4 laufend gelieferten Daten (Kenndaten des Prozesses) gelangen in den Korrektursignalgeber 18, in dem sie nach einem Algorithmus zur Zeichenerkennung mit den auf den Seiten des Speichers 14, neben den entsprechenden Entscheidungen gespeicherten Daten verglichen werden. Der Korrektursignalgeber 18 wählt aus dem Speicher 14 die auf einer Seite des Buchs für den betreffenden Rohstoff abgespeicherten Daten aus, die den laufenden Prozeßdaten am nächsten kommen. Dieser Seite wird die vorher eingelesene positive Entscheidung zur Änderung der vom Einstellblock 10 eingegebenen Werte entnommen.
• Wenn das System im Beratungsbetrieb befriedigend arbeitet, wird der Schalter 22 in die Stellung II ( automatischer Betrieb) geschaltet. Als befriedigend gilt dabei ein Betrieb des Systems, bei dem die Ausführung der Systembefehle (Beratungsbetrieb) eine Wirtschaftlichkeitskennzahl ergibt, die nicht kleiner ist als die auf der entsprechenden Speicherseite eingelesene Wirtschaftlichkeitskennzahl. Wenn die Wirtschaftlichkeitskennzahl größer ist als die im Speicher vorliegende, wird die vorher gespeicherte Seite gelöscht, und für die neue Wirtschaftlichkeitskennzahl werden neue Daten und die betreffenden Entscheidungen eingelesen. Wenn sich beim laufenden Kultivierungsprozeß eine Situation (d. h. eine Kenndatenkombination) ergibt, die von allen beim Lernbetrieb vorgekommenen Kombinationen stark abweicht, liefert das System im Beratungsbetrieb eine Absage, d. h. gibt keine Empfehlungen zur Prozeßkorrektur, beispielsweise zur Änderung der Zufuhrmengen. In diesem Fall wird das Korrektursignal einer Korrelations- und Extremwertregelungsschleife entnommen, die wie folgt arbeitet:
• Aufgrund der in der Recheneinrichtung 12 berechneten morphologischen Kennwerte liefert die zur Berechnung der integrierten Bewertung vorgesehene Einheit 74 eine Bewertung Q des Zustands der Mikroorganismen, beispielsweise das quadratische Mittel der Abweichung der jeweiligen morphologischen Kennwerte von den Sollwerten. Die Q-Werte gelangen zu jedem Berechnungszeitpunkt zum Eingang des Mehrkanalkorrelators 77. Dem anderen Eingang 78 des Mehrkanalkorrelators 77 werden die Daten der Geber 1 und die chemischen Analysendaten von der Eingabeeinrichtung 4 zugeführt. Wenn eine Prozeßabweichung beispielsweise infolge verborgener, nichtkontrollierbarer Störungen auftritt, ändert sich die integrierte Bewertung des Zustands der Mikroorganismen. Der Q-Wert wird größer, und an einem oder mehreren Ausgängen des Mehrkanalkorrelators 77 tritt ein Signal auf, das einem der kontrollierbaren und mit dem Q-Wert korrelierenden Parameter (oder mehreren Parametern) entspricht. Das Signal des Mehrkanalkorrelators 77 wird einem Extremwertregler 79 zugeführt, der diesen bzw. diese Parameter so lange ändert, bis das Ausgangssignal des Mehrkanalkorrelators 77 kleiner als eine im voraus vorgegebene kleine Größe wird.
• Im folgenden wird die Funktion einzelner Baueinheiten des erfindungsgemäßen Systems näher erläutert.
• In vorgegebenen Zeitabständen werden dem Fermenter 2 Proben entnommen, die mit dem Abtastmikroskop 11 analysiert werden.
• Die Abbildung wird zeilenweise in einer vorgegebenen Schrittfolge und mit einer entsprechenden Sonde abgetastet. Die vom Abtastmikroskop 11 gelieferte Zahlenmatrix von Helligkeitsamplituden der Abbildung der Mikroorganismensuspension, beispielsweise von Hefezellen, wird in der zur Berechnung der morphologischen Kennwerte bestimmten Recheneinrichtung 12 analysiert, in der die Koordinaten von Konturen der Bildelemente (Mikroben, Lipideinschlüsse, Vakuolen, Paraffintropfen) ermittelt werden; nach diesen Daten werden Abmessungen und die Form der Zellen, der Prozentgehalt an knospenden Zellen, das Verhältnis der Vakuolenfläche zur Zellenfläche, das Verhältnis der Fläche der Lipideinschlüsse zur Zellenfläche, die Verteilungsfunktionen (und die auf ihrer Basis ermittelten Werte der Anfangsmomente) der Helligkeitsamplituden des Cytoplasmas für jede Zelle sowie für alle Zellen und Paraffintropfen im Abtastfeld berechnet.
• Die Recheneinrichtung 12 arbeitet bei allen drei Betriebsarten des Systems, d. h. beim Lernbetrieb, beim Erkennungsbetrieb (Klassierungsbetrieb) und beim Korrelations- und Extremalbetrieb, in gleicher Weise.
• Beim Lernbetrieb spielt der Speicher 14 die Hauptrolle. Er enthält eine Anzahl N vorher eingespeicherter Kenndatensätze, von denen jeder einer der möglichen Kombinationen von Werten an den Steuereingängen entspricht. Dabei wird vorausgesetzt, daß ein und dieselbe Entscheidung bei verschiedenen, aber einander nahekommenden Prozeßzuständen getroffen werden kann, die durch die Kenndaten charakterisiert sind.
• Die Kenndatensätze werden beim Normalbetrieb des von der Bedienungsperson gesteuerten Fermenters 2 gebildet. In dem Zeitpunkt, in dem die Ausbeute größer wird oder sich im Vergleich zum vorhergehenden Zeitpunkt nicht ändert (Δ x≥p) und der Gehalt an Restsubstrat kleiner ist als der durch die Qualität des Endprodukts zugelassene Wert, werden alle Kennwerte des Prozeßzustands, d. h. die morphologischen Kennwerte, die Signale der Geber 1 und die Ergebnisse der chemischen Analyse, über die UND- Schaltung 39 in den Kenndatensatz der N Sätze eingebracht, der der Eingangskombination im Zeitpunkt vor der Leistungserhöhung entspricht. Dazu werden die Prozeßzustandskenndaten von der UND-Schaltung 38 auf den Wähler 90 des Umschalters 36 gegeben. Dieser wird durch Signale gesteuert, die von der Bedienungsperson aufgrund ihrer Erfahrung geändert werden. Der Wähler 90 wird abwechselnd an jede Vergleichsschaltung 35 angeschlossen, wobei auf einen Eingang der angeschlossenen Vergleichsschaltung 35 Signale von den Einheiten 34 für entsprechende Kenndatensätze gegeben werden. Der Wähler 90 bleibt bei der Vergleichsschaltung 35 stehen, deren Ausgangssignal minimal ist, d. h., wenn die von der Bedienungsperson eingestellten Eingangssignale mit einer Kombination der in den N Kenndatensätzen abgespeicherten Signale annähernd übereinstimmen. Über den Wähler 90 werden auch die Zustandskenndaten dorthin zugeführt.
• Nach einer genügend langen Lernzeit werden mit der zur Auswahl der Gewichtungsfaktoren bestimmten Schaltung 44 die Gewichtungsfaktoren gewählt und den entsprechenden Kenndaten zugeordnet. Damit wird das System zur (mit der Klassifizierung erfolgenden) Steuerung im Beratungsbetrieb vorbereitet.
• Das erfindungsgemäße System arbeitet im Beratungsbetrieb wie folgt:
• Die dem Zustand des Kultivierungsvorgangs entsprechenden Signale der Geber 1, der Recheneinrichtung 12 und der Eingabeeinrichtung 4 gelangen zur Schaltung 45, die zur Zuordnung der Kenndaten des jeweiligen Prozeßzustands zu einem der im Speicher 14 abgespeicherten Kenndatensätze dient. Diese Zuordnung (Klassifikation) erfolgt nach einem bekannten Zeichenerkennungsalgorithmus.
• Nach der Wahl einer dem jeweiligen Prozeßzustand am nächsten kommenden Prozeßzustandscharakteristik, die beim Lernbetrieb durch bekannte Eingangsgrößen dieses Zustands eingegeben wurde, liefert die Zuordnungsschaltung 45 diese steuerbaren Größen an die zur Korrektur der eingestellten Parameterwerte bestimmte Korrekturschaltung 48, in der die vorher eingestellten steuerbaren Eingangsgrößen durch neue, von der Schaltung 45 erhaltene Größen ersetzt werden. Wenn die vom System ausgegebenen Kennwerte im Zeitpunkt t ₃ eine Erhöhung der Biomassenausbeute x ohne Verschlechterung der Endproduktqualität, also bei s (t ₃) < s (o) bewirken, spricht die UND-Schaltung 62 an, wobei die von den Gebern 1, von der Recheneinrichtung 12 und von der Eingabeeinrichtung 4 abgegebenen Signale zur Substitutionsschaltung 64 geleitet werden, die zur Substitution der nächsten Kenndatenkombination im Kenndatensatz durch die laufende Kombination dient. Dabei wird die nächste Kombination im Speicher 14 gelöscht; an ihre Stelle werden die Kenndaten des laufenden Prozeßzustands eingespeichert. In der Substitutionsschaltung 64 wird dabei ein Substitutionsimpuls erzeugt, der zum Substitutionszähler 67 geleitet wird.
• Wenn die Zahl der Substitutionen größer wird als die vorgegebene Zahl, nimmt die Schaltung 44 zur Auswahl der Gewichtungsfaktoren wieder ihren Betrieb auf. Von der Korrekturschaltung 48 gelangen die steuerbaren Kennwerte zu den Summierern des Steuersignalgebers 5, in dem die Anzahl der Summierer der Anzahl der zu steuernden Hauptparameter entspricht.
• Jeder Summierer hat drei Eingänge. Dem ersten Eingang werden die vorgegebenen Werte der gesteuerten Parameter des zu erwartenden und unter normalen Bedingungen ablaufenden Prozesses zugeführt. Zum zweiten Eingang jedes Summierers gelangt das Signal des Gebers 1, der die Größe des entsprechenden Parameters des ablaufenden Prozesses mißt. Auf den dritten Eingang jedes Summierers werden Signale von der Korrekturschaltung 48 zur Korrektur der eingestellten Parameterwerte gegeben. Die Ausgangssignale der zum Steuersignalgeber 5 gehörenden Summierer werden den Stellgliedern 6 zugeführt, mit deren Hilfe die Förderung derjenigen Komponente in den Fermenter 2 geregelt wird, die den entsprechenden Prozeßparameter beeinflußt.
• Beim erfindungsgemäßen System stellt sich ein Gleichgewichtszustand ein, wenn die Kennwerte des ablaufenden Prozesses mit den Kenndaten des genormten, d. h. erwünschten, im obigen Sinne optimalen Prozesses übereinstimmen, der auf der positiven Erfahrung der Bedienungsperson beruht.
• Zu erwähnen ist in diesem Zusammenhang, daß die integrierte Bewertung des Zustands der Mikroorganismen in der Recheneinrichtung 12 bestimmt wird, auf deren Vergleichsschaltung 82 abwechselnd Ist- und Sollwerte der Zustandsmerkmale gegeben werden. Die resultierenden Differenzwerte gelangen von der Vergleichsschaltung zum Quadrierer 80 und dann zur Speichereinrichtung 84.
• Vom Ausgang der Speichereinrichtung 84 werden die quadrierten Differenzwerte dem Summierer 83 zur Berechnung der als Quadratsumme der Differenzwerte oder als ihre Modulsumme ausgedrückten integrierten Bewertung zugeführt, die zum Eingang des Mehrkanalkorrelators 77 übertragen wird.
• Das erfindungsgemäße System liefert somit alle von den Gebern 1 erfaßten quantitativen Unterscheidungsmerkmale des Zustands von Kultivierungsvorgängen sowie morphologische Kennwerte von Mikroorganismen und die Daten der chemischen Analyse.
• Aufgrund der beim Lernbetrieb gesammelten Erfahrungen bei der Steuerung des Kultivierungsvorgangs verringert das erfindungsgemäße System Abweichungen im Prozeßablauf, da die zuvor gemachten Fehler nicht wiederholt werden und somit der Prozeß hinsichtlich der Menge und der Qualität des Endprodukts stabilisiert wird. Das erfindungsgemäße System kann ferner zur Darstellung der Abhängigkeit der morphologischen Kennwerte der Mikroorganismen von den gesteuerten Parametern des Mediums, d. h. von den Kultivierungsbedingungen, benutzt werden. Aufgrund dieser Abhängigkeit kann der Kultivierungsprozeß beim Lernbetrieb verbessert werden.

Claims (11)

1. System zur Steuerung der Kultivierung von Mikroorganismen mit

- einem Steuerpult zur Eingabe von Meßergebnissen der zu kontrollierenden Parameter und chemischen Analysendaten des Kulturmediums,
- Gebern, die die zu kontrollierenden Parameter des Kulturmediums erfassen,
- einer Eingabeeinrichtung zur Eingabe chemischer Analysendaten,
- einem Einstellblock zur Vorgabe anfänglicher Steuersignalwerte und
- einem Steuersignalgeber, dessen Eingänge mit dem Steuerpult und dem Einstellblock und dessen Ausgänge mit Stellgliedern zur Änderung der Zufuhr der Komponenten des Kulturmediums verbunden sind,

gekennzeichnet durch einen Kanal zur Steuerung der Mikroorganismen nach morphologischen Kennwerten mit

- einer Recheneinrichtung (12) zur Berechnung der morphologischen Kennwerte der Mikroorganismenpopulation,
- einem Abtastmikroskop (11) zur Untersuchung von Proben der Mikroorganismensuspension und zur Übertragung der Information auf die Recheneinrichtung (12),
- einem Speicher (14) zur Speicherung der von den Gebern (1) und der Recheneinrichtung (12) gelieferten Informationen, dessen Eingänge mit den Gebern (1) und dessen Ausgänge mit der Recheneinrichtung (12) verbunden sind, und
- einem Korrektursignalgeber (18) zur Korrektur der Steuersignale, dessen Eingänge (19, 20, 21) mit den Gebern (1), den Ausgängen der Recheneinrichtung (12), des Speichers (14) und der Eingabeeinrichtung (4) zur Eingabe chemischer Analysendaten und dessen Ausgänge über einen Schalter (22) mit dem Steuerpult (3) und dem Steuersignalgeber (5) verbunden sind.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (12) eine Abbildungseinheit (25) zur Erzeugung von mikroskopischen Abbildungen der Mikroorganismenpopulation umfaßt, deren Ausgänge mit

- einer Einheit (26) zur Bestimmung der Maximalgröße der Zellen der Mikroorganismen bei ihrer Kultivierung,
- einer Einheit (27) zur Ermittlung der Verteilungsfunktion der Helligkeitsamplitude des Cytoplasmas jeder abgetasteten Zelle,
- einer Einheit (28) zur Bestimmung der polymodalen Verteilungsfunktion der Helligkeitsamplituden aller Zellen und Tropfen des festlöslichen Substrats im Abtastfeld,
- einer Einheit (29) zur Ermittlung des Verhältnisses von Vakuolenfläche zu Zellenfläche,
- einer Einheit (30) zur Ermittlung des Verhältnisses der Fläche der Lipideinschlüsse zur Zellenfläche,
- einer Einheit (31) zur Bestimmung des Formfaktors,
- einer Einheit (32) zum Nachweis einer vorhandenen infizierenden bakteriellen Mikroflora und
- einer Einheit (33) zur Bestimmung des Prozentgehalts an knospenden Zellen
verbunden sind,

wobei der Ausgang der Einheit (26) mit dem Eingang der Einheit (31) und der Ausgang der Einheit (29) mit dem Eingang der Einheit (30 ) verbunden sind.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (14) eine Gruppe von Einheiten (34) zur Bildung von Sätzen der Prozeßzustandskenndaten enthält, die dem jeweiligen Zusammenhang zwischen Nährmedium-Durchsatz, Hauptsubstratzufuhr und Zufuhr von Salzen und Spurenelementen entsprechen, und jede der Einheiten (34) über eine entsprechende Vergleichsschaltung (35) an einen Umschalter (36) angeschlossen ist, der von einem Parametereinsteller (37) gesteuert und eingangsseitig über eine logische UND-Schaltung (39) mit der Eingabeeinrichtung (4), der Recheneinrichtung (12) und den Gebern (1) verbunden ist, wobei die Eingänge der logischen UND-Schaltung (39) an die Ausgänge von Vergleichern (42, 43) angeschlossen sind, die zum Vergleich der Konzentrationen der Biomasse und des Restsubstrats zu verschiedenen Zeitpunkten dienen.

4. System nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Korrektursignalgeber (18) mit einer Schaltung (44) zur Auswahl von Gewichtungsfaktoren für die Kenndaten aller Informationssätze, einer an den Ausgang der Schaltung (44) angeschlossenen Schaltung (45) zur Zuordnung der entsprechenden Gewichtungsfaktoren zu den Kenndatensätzen, einer an den Ausgang der Zuordnungsschaltung (45 ) angeschlossenen Klassierungsschaltung (47) zur Klassierung von Kenndatengruppen des jeweiligen Prozeßzustands und ihrer Zuordnung zu einem der im Speicher (14) abgespeicherten Kenndatensätze sowie einer mit dem Ausgang der Klassierungsschaltung (47) verbundenen Korrekturschaltung (48) zur Korrektur der eingestellten Parameterwerte.

5. System nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine solche Ausbildung, daß die zum jeweiligen Zeitpunkt gemessenen Zustandskennwerte dann, wenn die beim Steuerungsvorgang erzeugten Korrektursignale zu einer Erhöhung der Konzentration an Biomasse führen und keine Erhöhung der Konzentration des Restsubstrats bewirken, in eine der Einheiten (34) zur Erzeugung von Kenndatensätzen eingegeben werden und der Korrektursignalgeber (18) zu diesem Zweck Vergleicher (54, 55) zum Vergleich der Konzentrationen an Biomasse und an Restsubstrat zu verschiedenen Zeitpunkten, eine mit den Eingängen (61, 63) an die Vergleicher (54, 55) angeschlossene logische UND-Schaltung (62) sowie eine Substitutionsschaltung (64) zur Substitution der nächsten Kenndatenkombination durch die laufende Kombination der gleichen Kenndaten aufweist.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrektursignalgeber (18) einen Substitutionszähler (67), der mit dem Ausgang der Substitutionsschaltung (64) verbunden ist, sowie eine Vergleichsschaltung (69) zum Vergleich der vorgegebenen Substitutionszahl mit der gemessenen Substitutionszahl aufweist, wobei der Eingang (70) der Vergleichsschaltung (69) mit dem Ausgang des Substitutionszählers (67) und ihr Ausgang mit der Schaltung (44) zur Auswahl von Gewichtsfaktoren verbunden sind.

7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine an den Ausgang der Recheneinrichtung (12) angeschlossene Einheit (74) zur integrierten Bewertung des Zustands der Mikroorganismenpopulation, einen Mehrkanalkorrelator (77), dessen Eingänge (76, 78) mit den Gebern (1) und der Einheit (74) zur integrierten Bewertung verbunden sind, sowie einen Extremwertregler (79), dessen Eingang am Ausgang des Mehrkanalkorrelators (77) liegt und dessen Ausgang an das Steuerpult (3) angeschlossen ist.

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit (74) zur integrierten Bewertung des Zustands der Mikroorganismenpopulation einen Quadrierer (80), in den über eine Vergleichsschaltung (82) der jeweilige und der vorgegebene Wert der entsprechenden Zustandskenndaten eingegeben werden, sowie einen Summierer (83) mit einer Speichereinrichtung (84) aufweist, deren Eingang mit dem Ausgang des Quadrierers (80) verbunden ist, wobei am Ausgang des Summierers (83) ein Signal auftritt, das der integrierten Bewertung des Zustands der Mikroorganismenpopulation entspricht.

9. System nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (12) zur Kontrolle der Kultivierung von Mycelien höherer Pilze eine Abbildungseinheit (25) zur Erzeugung von Abbildungen der Mikroorganismenpopulation aufweist, an deren Ausgängen eine Einheit (87) zur Bestimmung des Mycelfadendurchmessers, eine Einheit (88) zur Bestimmung der Verteilungsfunktion der Helligkeitsamplituden des Cytoplasmas jedes abgetasteten Mycelfadens und eine Einheit (89) zur Ermittlung des Verhältnisses der Fläche der Lipideinschlüsse zur Mycelfadenfläche angeschlossen sind.