| まえがき iii |
| 1.バイオプロセス 1 |
| 1.1 バイオプロセスの特徴 2 |
| 1.2 バイオプロセスの構成 3 |
| 1.3 バイオリアクター 5 |
| 1.4 バイオプロセスにおける計測と制御 8 |
| 1.4.1 バイオプロセス計測の要件 8 |
| 1.4.2 バイオプロセスにおける計測の役割 9 |
| 演習問題 10 |
| 2.バイオプロセスにおける計測 11 |
| 2.1 生体触媒の外部環境を支配する計測量 12 |
| 2.1.1 物理量 12 |
| 2.1.2 化学量 15 |
| 2.1.3 生物量 17 |
| 2.2 生体触媒およびその内部特性を表す計測量 18 |
| 2.2.1 物理量 18 |
| 2.2.2 化学量 19 |
| 2.2.3 物生量 20 |
| 2.3 バイオリアクターの状態把握と操作のための計測量 20 |
| 2.3.1 物理量 20 |
| 2.3.2 化学量 24 |
| 2.3.3 生物量 24 |
| 演習問題 25 |
| 3.バイオプロセス変数の計測手段 27 |
| 3.1 計測機器の構成 27 |
| 3.2 計測方式の種類 28 |
| 3.3 計測の方法 29 |
| 3.3.1 バイオリアクターの物理的な状態ならびにその操作にかかわる因子の計測 30 |
| 3.3.2 生体触媒の化学的な外部環境因子の計測 38 |
| 3.3.3 生体触媒およびその内部因子の計測 44 |
| 3.3.4 バイオラボにおける計測 47 |
| 演習問題 55 |
| 4 バイオプロセスのモデリングと状態推定 57 |
| 4.1 生物反応の数式モデル 57 |
| 4.1.1 非構造化モデル 58 |
| 4.1.2 構造化モデル 62 |
| 4.1.3 量論式による表現 64 |
| 4.2 バイオリアクターシステムのモデル 66 |
| 4.2.1 回分培養 66 |
| 4.2.2 流加培養 70 |
| 4.2.3 連続培養 73 |
| 4.2.4 固定化生体触媒バイオリアクター 77 |
| 4.3 統計的手法によるバイオプロセスの状態推定 79 |
| 4.4 ファジィ推論によるバイオプロセスの状態推定 84 |
| 演習問題 88 |
| 5.バイオプロセスの最適化と制御 90 |
| 5.1 バイオプロセスの最適化 91 |
| 5.1.1 最大原理の応用 92 |
| 5.1.2 グリーンの定理を利用した最適化法 98 |
| 5.1.3 動的計画法による最適化 100 |
| 5.2 バイオプロセスの制御 101 |
| 5.2.1 比増殖速度のオンライン推定 101 |
| 5.2.2 バイオプロセス制御の概要 102 |
| 5.2.3 DO濃度の制御とDO濃度の変化を指標とした流加制御 103 |
| 5.2.4 pH制御とpHの変化を指標とした流加制御 105 |
| 5.2.5 呼吸商による制御 106 |
| 5.2.6 オンラインモデル同定と最適制御 107 |
| 5.2.7 連続培養のオンライン最適化制御 110 |
| 5.2.8 遺伝子組換え菌の制御培養 112 |
| 演習問題 115 |
| 6.知的制御とその応用 116 |
| 6.1 エキスパートシステム 117 |
| 6.2 ニューラルネットワーク 120 |
| 6.3 遺伝的アルゴリズム 123 |
| 演習問題 126 |
| 7.バイオプロセスのモニタリングと制御の実際 127 |
| 7.1 バイオプロセスの計装 127 |
| 7.2 バイオプロセス制御の実際 130 |
| 7.2.1 パン酵母生産 130 |
| 7.2.2 清酒製造 133 |
| 7.2.3 アミノ酸発酵,酵素生産 135 |
| 7.2.4 医薬品製造 137 |
| 7.2.5 バイオプロセス制御の実用化に向けて 138 |
| 演習問題 139 |
| 付録 140 |
| A.計測基礎論 140 |
| A-1 計測機器の特性と計測情報の関係 140 |
| A-2 計測データの記録形態 141 |
| A-3 計測データと情報量の関係 142 |
| A-4 計測精度の限界 143 |
| A-5 計測データの質の評価 144 |
| B.制御基礎手法 146 |
| B-1 最小二乗法 146 |
| B-2 最大原理による最適化法 147 |
| B-3 動的計画法 149 |
| B-4 カルマンフィルター 151 |
| B-5 プロセスの動特性 152 |
| B-6 フィードバック制御系設計 154 |
| 演習問題 156 |
| 演習問題の略解とヒント 157 |
| 参考書 165 |
| 索引 167 |
