谷氨酸发酵过程葡萄糖自动流加系统

补料（流加葡萄糖）操作是谷氨酸发酵过程最重要的操作之一,工业上有各种各样的补料操作方法。控制葡萄糖浓度于一个较为平稳且适中的水平有利于提高谷氨酸发酵的性能指标。通过在线计量谷氨酸发酵中的氨水耗量并据此在线推定发酵液中的葡萄糖浓度,构建了一个谷氨酸发酵自动在线补料系统。使用该控制系统,谷氨酸发酵过程的葡萄糖浓度可以控制在任意水平,平稳、无波动的谷氨酸发酵可以得到实现。     

在线推定和控制葡萄糖浓度改善谷氨酸发酵性能

谷氨酸发酵过程一般需要定时、人工分批式地添加葡萄糖。该流加操作方式会引起发酵罐内葡萄糖浓度的剧烈波动, 不利于高效、稳定的谷氨酸生产。谷氨酸发酵具有显著的非增殖耦联特征, 产酸期葡萄糖耗量与氨水耗量存在非常明显的关联性。通过在线计量氨水耗量推定糖耗以及葡萄糖浓度, 可比较准确地将谷氨酸发酵产酸期的糖浓度控制在预先设定的水平。当糖浓度控制在5 g/L~10 g/L的低水平时, 最终谷氨酸浓度可以达到80 g/L的较高水平, 高糖浓度下的渗透压效应有望得到缓解, 有利于发酵生产的稳定。     

基于酶电极系统的葡萄糖浓度在线控制

补料分批技术在发酵工业中被广泛应用,其物料流加方式有3类,其中恒流速和指数补料属无反馈控制操作,靠经验或预设的数学模型决定补料速度,但由于发酵过程的复杂性,实际过程往往偏离预设的模型;恒底物浓度流加属反馈控制,通过对特定参数的检测,根据参数的变化情况反馈控制物料的流加,可控制菌生长在最佳条件下,从而获得高浓度的目的产物。反馈控制分直接控制和间接控制。间接     

球形节杆菌A152产透明质酸酶的发酵优化及动力学模型的建立

以制备高产量的透明质酸酶为出发点,利用5 L发酵罐对球形节杆菌A152发酵生产透明质酸酶的条件进行优化,并对其发酵动力学模型进行研究。研究结果表明,转速400 r/min、通气量3.5 L/min时,生物量和透明质酸酶酶活力最优,分别为5 g/L、16.4 U/mL;同时对发酵过程中菌体生长、产物生成及基质消耗的规律进行研究,应用Logistic方程、Luedeking-Piret方程和底物消耗的物料平衡方程建立了球形节杆菌Arthrobacter globiformis A152发酵过程的动力学模型,并通过MATLAB软件进行最优参数估计和非线性拟合。模型的计算值与实验值能较好地拟合,表明所建的模型能较好地反映发酵过程,可为发酵过程的在线控制和预测提供理论基础。     

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。     

发酵过程多尺度解析与调控的研究进展

工业发酵科学致力于实现高产量、高转化率和高生产强度的相对统一。通过从分子、细胞和反应器进行发酵过程多尺度解析与调控,实施全局与动态的优化与控制能够确保发酵过程高效、转化定向、过程稳定和系统有序。本文从发酵微生物代谢途径动力学模型、细胞代谢特性、发酵提取相耦合与反应器设计四个方面,总结和讨论发酵过程多尺度解析与调控的研究进展。整合分析发酵过程不同尺度特征并且针对性地开展多尺度整合调控是实现高效工业微生物发酵的重要策略。     

谷氨酸棒杆菌发酵过程中亮氨酸浓度近红外模型的建立

目的:建立谷氨酸棒杆菌发酵过程中亮氨酸浓度近红外模型,为实现谷氨酸棒杆菌发酵生产亮氨酸的发酵过程自动化控制提供理论基础和实践依据。方法:首先在5 L发酵罐中进行亮氨酸发酵,每隔一段时间采集发酵液样品,用高效液相色谱精确分析各样品中的亮氨酸实际浓度,再利用近红外分析仪和相关软件,对各样品进行近红外光谱扫描分析,并通过近红外光谱分析软件进行数据处理,建立谷氨酸棒杆菌发酵过程中亮氨酸浓度的近红外预测模型,最后通过外部检验方法检验模型的准确性。结果:结合偏最小二乘法,在波长为9043.3~7489.1 cm-1、减去一条直线作为光谱预处理的条件下,获得谷氨酸棒杆菌发酵过程中亮氨酸浓度最优近红外预测模型。该模型交叉验证误差均方根(RMSECV)、决定系数(R2)以及剩余预测偏差(RPD)分别为1.29 g/L、0.977和4.55。结论:经过验证,该模型的准确性和可靠性较强,实际值与预测值之间的误差较小,能够较好地检测发酵过程中的亮氨酸浓度。     

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。     

元素衡算和代谢衡算在类人胶原蛋白表达期的应用研究

应用元素衡算和代谢衡算方法,建立用重组大肠杆菌发酵生产类人胶原蛋白表达期的数学模型,并利用非线性优化法对模型中的未知参数进行估算。结果表明该模型与重组大肠杆菌的生长、代谢动力学模型一致,且模型的关键计算参数αh、αp和mx分别为1.173 molo C-mol-1、293.814 molo C-mol-1和17.878 molo C-mol-1oh-1。该模型能较好地预测重组类人胶原蛋白表达期中的宏观反应速率,且在类人胶原蛋白发酵表达期,必须通过控制葡萄糖的补料速率来控制菌体的生长,当?=0.04 h-1时,类人胶原蛋白的比生成速率达最大值。     

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。     

生料发酵生产酒精和其中的工程问题

早期的生料水解研究主要基于节能的目的.最新的技术进步、研究和工业实践发现以前未被注意的很多优点,如生料发酵生产提高酒精转化率、单元操作少及体系黏度低等优点.新的生料水解酶的出现使得高浓高强度生料发酵来生产工业酒精和燃料酒精具有很强的竞争力,是未来生物酒精生产的一个重要发展方向.由于生料体系的非均相特性,与传统的发酵过程有相当的不同.控制颗粒的大小,保持良好的传质对发酵的顺利进行很重要.在高浓度发酵时,系统的温度梯度控制也很重要.加强生料发酵体系工程研究对以后的工程设计和工厂优化有重要意义.     

模拟青霉素分批补料发酵过程的细胞自动机模型

根据青霉素产生菌的生长机理和青霉素分批补料发酵过程的动力学特性,在Paull等建立的形态学结构动力学模型的基础上,建立了模拟青霉素分批补料发酵过程的细胞自动机模型。模型采用三维细胞自动机作为菌体生长空间,采用Moore型邻域作为细胞邻域,其演化规则根据青霉素分批补料发酵过程中菌体生长机理和简化动力学结构模型设计。模型中的每一个细胞既可代表单个产黄青霉菌体细胞,又可代表特定数量的这种菌体细胞,它具有不同的状态。对模型进行的仿真实验结果表明：模型不但能一致地复现形态学结构动力学模型所描述的青霉素分批补料发酵过程的演化特性,而且较形态学结构动力学模型更加直观地刻画了青霉素分批补料发酵过程的演化行为。最后,对所建模型在实际生产过程中的应用问题进行了分析,指出了需要进一步研究的问题。     

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。     

电子计算机在现代医学中的应用

目前,电子计算机作为一种先进的计算和控制技术,正在日益广泛地应用于生产和科学研究的各个部门。由于电子计算机具有运算速度快、存储容量大、运算精确度高以及能同时进行数值运算与逻辑推理等特点,故在现代医学的理论研究和临床实践等方面,电子计算机已     

赖氨酸流加发酵最优控制的研究

在赖氨酸发酵动力学模型和庞特里金明小值原理的基础上,得出流加发酵的最优化底物流加方式。并进一步对流加发酵的全过程进行了分析,得出了在实际控制中较为可行的流加发酵全过程的总控制策略,实际控制表明在小型反应器中赖氨酸产生菌FB42的发酵水平为81．6g／l。、转化率为0．418％、生产强度为1．16g／h·L,和分批发酵相比分别提高了45．4％、9．7％和28．4％。     

电子嗅在线反馈控制毕赤酵母糖化酶发酵过程中甲醇浓度新方法的应用

探索了电子嗅传感仪直接通过发酵尾气进行发酵液中甲醇浓度在线检测的方法,建立了毕赤酵母表达糖化酶过程中甲醇浓度的自动化反馈补料控制模型,可准确实现发酵过程中甲醇浓度的精确控制;研究表明,当利用电子嗅将培养液中甲醇浓度稳定控制在(890±35)ppm水平下,发酵诱导培养到128h时目的蛋白糖化酶酶活达到了8 153U/ml,与甲醇浓度控制在(350±26)ppm时的发酵水平相比提升了48.8%。该方法具有无需前处理、与发酵液非接触、快速和准确性的优点,为提升工程酵母在工业发酵培养过程工艺的优化控制具有重要的指导作用。     

高发酵活力面包酵母的高产率流加培养策略研究

首先优化了面包酵母生产过程中分批培养阶段的操作条件,然后在连续培养实验的基础上．确定了面包酵母流加培养的最佳参数,并得出了发酵活力与比生长速率之间的关联式。根据这一关联式和指数流加培养模式,提出了两阶段控制比生长速度的流加培养策略。研究结果表明：采用初糖浓度为15～30g／L、残糖控制浓度为3～6g／L以及分阶段控制搅拌转速以提供不同的传氧速率;应用提出的流加培养策略进行面包酵母培养．在产率达到0．432g/g的同时发酵活力达到1180ml,可实现面包酵母培养过程高产率和高发酵活力的统一。     

赖氨酸分批发酵动力学的研究

在着重考虑基质浓度对发酵过程影响的基础上,结合黄色短杆菌ＦＢ４２发酵的具体特点,建立了一组描述赖氨酸分批发酵过程的动力学模型。结果该组模型能很好的拟合发酵过程,并在初糖浓度变化较大的范围内表现出适用性。用该组模型对赖氨酸发酵过程进行分析得到了和实际发酵相一致的结果     

电容法在线测定发酵过程中毕赤酵母浓度的研究

活细胞量是与细胞生长、代谢、生产力相关的重要生理参数。在线活细胞测定仪能够利用电容的原理检测发酵液中的活细胞量。本文详细介绍了国产在线活细胞测定仪的检测原理,并说明了其在毕赤酵母发酵过程中的应用情况。结果表明,我们设计的在线活细胞测定仪能够直接、实时、在线获得发酵过程中可靠的活细胞量,且有效避免采样操作的干扰。这一技术符合过程分析技术(PAT)的要求,并可以与其他参数相结合进行分析,作为发酵过程开发、控制和优化的有利工具。