基于基因组技术的维生素 C 生产菌株生理功能解析与应用

维生素C是我国主要的大宗发酵产品之一,年产量占世界总产量的80%以上。二步发酵法是维生素C工业生产的主要方法,主要通过两个发酵步骤转化L-山梨糖为2-酮基-L-古龙酸。本文综述了最近几年针对维生素C二步发酵过程关键科学问题的研究进展,重点讲述了以维生素C生产菌株基因组为基础的一系列系统生物学技术在解析维生素C生产菌株生理功能及其相互作用关系的应用,同时也为如何提高其它大宗发酵产品生产效率提供了可借鉴的方法和策略。     

青霉素半连续发酵过程状态与参数在线辨识

本文建立了带有噪声的适合于工业规模青霉素(丝状菌)半连续发酵数学模型,以排气CO₂释放速率(GER)作为在线观测量,应用推广Kalman滤波器(EKF)进行状态与参数在线辨识,为过程的自适应优化控制奠定了基础。试验表明：滤波得到的状态值与实测值相当吻合,证明滤波器是一种较好的发酵状态及动力学参数变化的在线观察器。     

用人工神神经网络法辨识发酵动力学模型参数

本文提出发酵动力学模型参数辩识的人工神经网络方法,并对几种典型的模型进行了具体尝试,结果表明,用这种方法估计参数效果极好。     

谷氨酸发酵过程的模型化和参数估计

本文讨论了直接利用工厂报表数据构筑各氨酸发酵过程的数学模型以及估计模型中参数的方法。模型结构由理论分析得出,可用于分析模型和预测模型。参数估计主要介绍了辨识方法。考虑到模型方程可能病态,因此采用了平方根法滤波。文中还详细介绍了适用于实时在线辨识的递推平方根算法。仿真结果表明,利用上述方法求得的模型和工厂数据符合得很好。作为预测模型,利用前18h的数据就能成功地预测全过程的状态。     

维生素C二步发酵过程动力学模型的研究

本文系统地分析了L－山梨糖到2－酮基L－古龙酸的生物转化过程,提出了生长因子的假定,对发酵机理进行了新的探讨,对发酵过程做了必要与合理的简化。首次建立了维生素c第二步发酵过程的动力学模型。运用多面体最优化法和Runge-Kutta积分法等数学方法处理模型,获得最佳模型参数。结果表明,模型计算值与实验值得到良好的吻合,从而证明动力学模型是正确的和有效的。     

葡萄糖补加对VC二步发酵产古龙酸的影响

研究了葡萄糖的补加对维生素C二步发酵产酸的影响.摇瓶发酵实验结果表明,15%的接种量,接种至底物山梨糖浓度为8%的发酵培养基,发酵24h时,补加0.08%的葡萄糖,可提高发酵转化率5.2%.     

维生素C二步发酵混菌接种控制

本文研究维生素C二步发酵接种种液状态与发酵转化的关系,指明接种种液浓度为6．5×109个／ml,二菌数量之比为0.3,种液酸量为7mg／ml时．可获得较好的发酵转化效率。     

固定化酵母酒精生成动力学及其数学模型

本文采用解析法对海藻酸钙为载体,以葡萄糖为底物进行酒精连续发酵的管式反应器内所呈现的固定化K字酵母酒精发酵动力学进行了较为系统的研究,建立了由6个方程组成的酒精生成动力学数学模型,并对此模型进行了应用方面的研究。结果表明：此动力学呈现葡萄糖的反竞争性和酒精非竞争性联合抑制的不可逆特征,其数学模型在所涉及的参数拟合及分别在不同反应器和浓度扩展时的发酵过程所进行的实际校验中,最大的算术平均百分误差为13．8l％,在薯干糖化液的发酵动力学应用中,具有平均差为8．28％之良好预测精度,同时,通过模型中参数式计算得葡萄糖抑制的浓度范围为130—450g／L,而酒精抑制的浓度范围是3．07—16．45％(v／v)。     

基于遗传算法的羊肚菌液体发酵动力学模型的建立

发酵动力学研究是实现发酵过程最优化控制及发酵过程放大的前提条件。本研究对羊肚菌液体深层发酵动力学进行了研究, 在Matlab软件平台上, 应用遗传算法对比了真菌生长较常用的Monod与Logistic方程在描述羊肚菌生长动力学时的优劣, 并对羊肚菌的生长、胞外多糖产生和基质消耗模型进行了参数估计。结果表明, Logistic方程与试验数据拟和情况更好, 并给出了羊肚菌液体深层发酵的动力学模型具体形式, 经验证, 模型的平均误差为5.8%。利用遗传算法选择羊肚菌动力学模型, 并进行参数估计与其他方法相比具有快速、搜索面广、接近全局最优解的特点, 在处理分批发酵动力学问题上具有不可比拟的优势, 发酵动力学模型的建立为发酵过程优化及放大奠定了基础。     

Kinetic model for nuclease P1fermentation by Penicillium citrinum

研究了桔青霉发酵生产核酸酶P1的发酵动力学特性:以Logistic方程和Luedeking-Piret方程为基础,进行最优参数估计和非线性拟合,得到了描述整个发酵过程中的菌体生长、产物合成和基质消耗的动力学模型.对实验数据与模型预测值进行比较,发现模型预测值与实验数据能较好地拟合,基本上反映了桔青霉发酵过程的动力学特征,为以后进一步研究和预测核酸酶P1发酵过程奠定了理论基础.     

固定化酵母发酵糖化醪生产酒精及其动力学研究

以糖化醪为底物,对其增殖固定化酵母和固定化连续酒精发酵的特征进行了研究。根据实验数据,通过拟合,得出了在此条件下较佳的发酵动力学模型及其动力学参数。     

桔青霉摇瓶发酵生产核酸酶P1的动力学研究

研究了桔青霉发酵生产核酸酶P1的发酵动力学特性：以Logistic方程和Luedeking—Piret方程为基础,进行最优参数估计和非线性拟合,得到了描述整个发酵过程中的茵体生长、产物合成和基质消耗的动力学模型。对实验数据与模型预测值进行比较,发现模型预测值与实验数据能较好地拟合,基本上反映了桔青霉发酵过程的动力学特征,为以后进一步研究和预测核酸酶P1发酵过程奠定了理论基础。     

基于遗传算法和支持向量机的乳杆菌发酵过程建模

由于生化反应过程的复杂性和高度非线性,多数简单的数学模型不能准确描述。该文基于Matlab软件,利用改进的支持向量机(υ-SVR)对植物乳酸杆菌发酵这一典型生化过程进行研究,应用遗传算法估计模型最优参数,建立植物乳杆菌的菌体密度预测模型。同时建立传统的logistic动力学模型以进行比较。结果表明,采用结合遗传算法的υ-SVR预测模型拟合误差小,皮尔森相关系数(R)更高,可以较好地预测乳酸杆菌的发酵过程,为其优化控制及放大提供依据。     

蛹虫草菌胞外多糖发酵及其发酵动力学

蛹虫草菌(Cordyceps militaris)胞外多糖(EPS)的发酵过程和发酵动力学进行了研究。基于Logitic方程和Luedeking-Piret方程,得到了描述发酵过程的动力学数学模型和模型参数,同时对实验数据与模型进行了验证比较。模型计算与实验结果拟合良好,模型正确地反应了蛹虫草菌胞外多糖的发酵过程及其动力学机制。     

用遗传算法进行重组大肠杆菌发酵动力学的分析

重组大肠杆菌在诱导表达人表皮生长因子的过程促使细菌的生长受到抑制,一部分重组菌丧失了分裂能力,但仍保持着一定的代谢活力,分离成为存活但不能培养的细菌,根据大肠杆菌在表达外源蛋白过程中细胞生理状态的不同将细菌分为三类,提出一个描述诱导表达过程中重组大肠杆菌分离、生长的动力学模型．应用遗传算法对不同底物浓度的细胞生长、分离和产物合成的动力学参数进行了有效地估计,避免了传统算法可能陷于局部最优的问题,模型计算结果与实验结果吻合良好．分离模型在初始糖浓为5-20g/L的范围内可以较好地描述发酵过程中细胞生长、分离和目标产物表达的过程并具有一定的预测能力．     

锌酵母分批流加发酵动态优化

对锌酵母分批流加发酵过程的控制变量反应温度和pH的动态最优化进行研究。基于酵母流加发酵有抑制的状态模型．通过龙格一库塔法计算微分方程组、单纯形法优化对模型参数进行估计。采用不同的温度和pH控制策略进行研究,由此获得动力学模型参数与温度和pH关系的回归模型。在此基础上,以极大值原理、梯度法优化求解以获得最高锌酵母产量为目标的最优温度和pH分布T*（t）、pH*(t)。实验验证,在T*(t)和pH*(t)下操作,锌酵母产率可提高13.7％。     

维生素C前体2-酮基-L-古龙酸二步混菌发酵研究新进展

维生素C（Vc）二步混菌发酵是我国首创具有自主知识产权的唯一应用于工业化生产Vc的微生物转化方法,该方法利用混合菌发酵L-山梨糖生产Vc前体物质-2-酮基-L-古龙酸,再经化学转化合成Vc;具有简化工艺,减少污染,降低能耗等优点。本文主要从产酸菌代谢关键酶、伴生菌胞外物质、组学以及外源添加物等方面综述Vc二步混菌发酵的最新研究进展,并提出进一步研究和探索的方向。     

柠檬酸发酵的数学模型研究

对柠檬酸发酵过程中菌体生长、基质消耗及产物生成的动力学进行了研究,得到了描述柠檬酸发酵过程的数学模型,并蹦实验统计数据为基础,通过对模型进行分析,推断了模型参数,同时用实验结果对模型进行了验证,结果表明模型计算与实测结果拟合良好,从而显示所建立的模型基本正确地描述了柠檬酸发酵过程,这对应用电子计算机控制发酵过程,实现发酵过程的最佳化有着重要意义。     

甲醇产纤维素菌株的静态发酵动力学研究

目的:为实现甲醇资源化产细菌纤维素发酵过程的优化,研究纤维素生产菌株一木醋杆菌(Gluconacetobacter χγlinus)的静态发酵动力学特性.方法:将木醋杆菌接入甲醇浓度分别为2.7%和4.5%的培养基中驯化,根据Logistic方程和LuedekingPiret方程,研究周期为13d的静态发酵动力学过程.结果:确定静态发酵过程的菌体生长、细菌纤维素合成、底物消耗的动力学参数,得到动力学方程,拟合试验值与模型值,得到甲醇模拟废水培养基平均拟合误差为16%,略高于基础培养基的14%.结论:利用甲醇产纤维索的模型方程可预测菌浓、产物浓度及底物消耗规律,实现静态发酵过程的优化.     

产酸丙酸杆菌FS1171产丙酸发酵动力学研究

对产酸丙酸杆菌（Propionibacterium acidogenes）FS1171产丙酸的分批发酵动力学进行研究,基于经典发酵动力学模型（Logistic、Luedeking-Piret、Dose-Resp方程）及Origin软件优选模型（Boltzmann方程）两种方法分别构建丙酸发酵过程中菌体生长、丙酸合成及底物甘油消耗随时间变化的动力学模型,软件分析表明,经典发酵动力学构建的模型拟合度整体不如Boltzmann方程构建的动力学模型,但前者所构建的3个动力学模型之间有较好的关联性,两种方法构建的模型拟合值和实验值能较好的吻合,说明所构建的产酸丙酸杆菌的发酵动力学能较好地反应丙酸杆菌的发酵过程,为优化发酵过程和工业上放大生产丙酸提供参考。