面包酵母流加发酵生产过程的投入产出优化

以某酵母厂实际生产过程为背景,对面包酵母流加发酵生产进行了总体效益优化仿真。优化仿真是以作者早期建立的面包酵母代谢一循环模型系统为基础的。效益函数是单位时间内过程产出产品的价值与总投入价值之差。仿真结果表明,在给定的价格体系下,欲使总体效益函数取得极大值,各操作变量,如补料速度,补料浓度、通气量和发酵周期等,均存在最优操作区域。     

面包酵母细胞循环模型的实验验证

本文对作者早期提出的面包酵母细胞循环模型CCM进行了改进和动态实验验证。结果表明,CCM的动态特性基本与真实过程相符。基于该模型设计的酵母流加发酵最优进料控制策路的实施结果证实,CCM能够用于酵母生产的质量控制。     

细胞循环—代谢模型在面包酵母耐贮存力控制中的应用

基于作者早期提出的面包酵母细胞循环-代谢模型设计了3次最优控制实验,目的是使发酵终了时的带芽细胞分率FBC趋于极小值,以期提高酵母的耐贮存力。实验成功地得以实施,不仅FBC的终值接近理论上的极小值,而且样品的耐贮存力得到了明显提高。另一方面,发酵力分析结果也表明,面包酵母的质量控制将随产品种类的不同而异。如对速用型鲜酵母的生产,FBC的控制就不宜以极小化为目标。     

细胞循环一代谢模型在面包酵母耐贮存力控制中的应用

基于作者早期提出的面包酵母细胞循环一代谢模型设计了3次最优控制实验．目的是使发酵终了时的带芽细胞分率FBC趋于极小值。以期提高酵母的耐贮存力。实验成功地得以实施,不仅FBC的终值接近理论上的极小值,而且样品的耐贮存力得到了明显提高。另一方面,发酵力分析结果也表明,面包酵母的质量控制将随产品种类的不同而异。如对速用型鲜酵母的生产,FBC的控制就不宜以极小化为目标。     

神经网络预报在发酵过程异常诊断中的应用

在发酵过程中 ,罐批异常 (如染菌 )会导致产率和产品质量的下降 ,如果能及时给出预警 ,就能采取相应措施避免或减少经济损失。利用三层BP网络 ,以头孢菌素C发酵为例 ,对罐批进行了超前 3步预报 ,比较了正常罐批和异常罐批的预报误差 ,给出了异常罐批的三个特征 ,并利用这些特征和其它辅助信息 ,成功地对异常罐批进行了故障早诊断。     

面包酵母细胞出芽率与产品质量关系研究

速用压榨酵母(Compressed yeast,CY)和活性干酵母(Active dry yeast,ADY)是用于面点制作的主要两类酵母产品。发酵力则是其共同质量指标。目前,国产压榨酵母的发酵力波动很大,活性干酵母不仅发酵力低,而且保质期短。面包酵母的发酵力定义为由一定数量的酵母样品,面粉和水制成的面团在恒温下产生CO_2的能力。本文采用Burrows法测量面包酵母发酵力,面团由0.15克干酵母,20克面粉和15mol脱离子水混合而成,并以该面团在30℃、180min内产生的CO₂总量作为发酵力的表征,文献^[2]表明,面包酵母的发酵力与终细胞群体中的带芽细胞分率(Fraction of budding cells,FBC)有密切的关系,传统的概念是,为提高酵母产品质量,FBC越低愈好。经研究发现,压榨酵母的耐贮存力及活性干酵发酵力与FBC成反比,但对速用压榨酵母而言,其发酵力FBC的正相关关系甚为明显,这与传统有着根本的差异。     

Macrokinetic model for methylotrophic Pichia pastoris based on stoichiometric balance

A macrokinetic model for Pichia pastoris expressing recombinant human serum albumin is proposed. The model describes the balances of some key metabolites, ATP and NADH, during glycerol and methanol metabolism. In the glycerol growth phase, the metabolic pathways mainly include phosphorylation, glycolysis, tricarboxylic acid cycle, and respiratory chain. In the methanol growth phase, methanol is oxidized to formaldehyde at first. Then, while a part of formaldehyde is oxidized to formate, the rest is condensed with xylulose-5-monophosphate to form glyceraldehyde-3-phosphate, and further assimilated to form cell constituents. The metabolic pathways following glyceraldehyde-3-phosphate were assumed to be similar to those in the glycerol growth phase. Based on the model, the macrokinetic bioreaction rates such as the specific substrate consumption rate, the specific growth rate, the specific acetyl-CoA formation rate as well as the specific oxygen uptake rate are obtained. The specific substrate consumption rate and the specific growth rate are then coupled into a bioreactor model such that the relationship between substrate feeding rates and the main state variables, i.e., the medium volume, the concentrations of the biomass, the substrate, and the product, is set up. Experimental results demonstrate that the model can describe the cell growth and the protein production with reasonable accuracy.     

动态MPCA在发酵过程监测与故障诊断中的应用

针对发酵过程非线性和时变特点,提出了一种具有实时性的动态MPCA方法,采用多模型非线性结构代替传统MPCA单模型线性化结构,克服了后者不能处理非线性过程和实时性的问题,并避免了MPCA在线应用时预报未来测量值带来的误差,提高了发酵过程性能监测和故障诊断的准确性。对头孢菌素C发酵过程的拟在线仿真研究,验证了基于动态MPCA的统计过程监测的有效性。