微生物多糖结冷胶的分批发酵动力学模型

结冷胶是少动鞘脂单胞菌发酵生产的一种重要微生物胞外多糖,广泛应用于食品、制药等工业领域。文中深入研究了少动鞘脂单胞菌发酵高产结冷胶的发酵过程规律,建立了结冷胶发酵过程中菌体生长、产物积累和基质消耗的数学模型。计算结果表明:数学模型的模拟计算结果与实验值拟合性较好,平均误差在5%以内,较好地反映了结冷胶发酵过程中菌体生长、底物消耗和产物合成过程及其动力学机制。进一步利用该模型对不同初始糖质量浓度条件下底物消耗、菌体生长、结冷胶合成进行预测,实际结果与预测值误差小于10%,说明建立的模型具有较好的适用性,对结冷胶发酵生产过程具有实际指导意义。     

中性β-甘露聚糖酶分批发酵动力学研究

以魔芋粉为碳源,研究了10 L自控发酵罐中枯草芽孢杆菌TJ-200603分批发酵产中性β-甘露聚糖酶的过程动力学。实验数据表明,菌体生长呈现典型S型曲线,而酶的合成与菌体生长同步进行,属于生长耦联型。基于这些过程曲线的变化规律,构建了β-甘露聚糖酶分批发酵过程的动力学模型。并经非线性拟合和优化,获得了最佳的模型参数值,最终确定了能够较好表征实际发酵过程中菌体细胞生长、产物β-甘露聚糖酶合成以及基质总糖消耗的3个动力学方程。     

C群流行性脑膜炎球菌多糖分批发酵动力学模型的建立

目的建立C群流行性脑膜炎球菌多糖50 L罐分批发酵动力学模型,为实现对C群流行性脑膜炎球菌多糖发酵过程的工艺控制、优化及其放大提供理论依据。方法利用分批发酵的数据,以Logistic方程建立菌体生长动力学模型,以Leudedeking-Piret微分方程建立产物合成动力学模型,以底物消耗的物料平衡方程建立底物消耗的动力学模型,并应用Origin软件进行模型拟合,获得3个模型的参数。结果菌体的最大比生长速率(μmax)为0.731 2 h-1,最大菌体浓度(Xmax)为3.949 5 g/L,与菌体生长速率关联的产物合成常数(a)为0.004 97 g/(L·h),与菌体浓度关联的产物合成浓度(β)为0.015 44 g/(L·h),菌体对底物的得率(Yx)为1.905 2 g/g,产物对底物的得率(Yp)为0.130 1 g/g,菌体的维持因子(m)为1.070 1。结论建立的动力学模型能较好地反映C群流行性脑膜炎球菌多糖分批发酵过程中菌体生长、C群多糖合成和基质消耗的的变化规律。     

脱氮假单胞杆菌产维生素B12分批补料发酵动力学研究

以脱氮假单胞杆菌(Pseudomonas denitrificans)为供试菌株,对维生素B12分批补料发酵动力学模型进行研究.建立了该菌株发酵合成维生素B12的菌体生长、产物合成和总糖消耗的动力学模型,并通过Origin7.5软件对模型参数进行了非线性拟合.结果发现,预测值与实验值有良好的拟合性,说明所建模型能较好地反映维生素B12分批补料发酵过程.     

放射型根瘤菌分批发酵生产辅酶Q10的代谢特性和发酵动力学

以放射型根瘤菌WSH2601作为辅酶Q10分批发酵的试验菌,对其代谢特性进行了初步研究。对分批发酵过程中细胞生长、产物积累、糖消耗、中间产物有机酸及pH的变化规律进行了描述：由Logistic模型方程分别建立了放射型根瘤菌辅酶Q10发酵过程细胞生长、产物合成及基质消耗随时间变化的数学模型。模型模拟计算结果与实验值能较好地吻合。动力学研究结果表明该模型能较好地反映放射型根瘤菌的细胞生长、底物消耗和产物合成过程及其动力学机制。辅酶Q10分批发酵中细胞生长与产物合成属于半偶联型。     

PVA降解中菌体生长与基质消耗的动力学模型

研究了PVA降解菌的分批发酵动力学,并首次建立了发酵过程菌体生长、基质消耗随培养时间变化的数学模型。Logistic方程及与Luedeking-Piret方程相似的基质消耗方程能够很好的分别描述聚乙烯醇降解菌的生长及基质的消耗。研究中还论证了在聚乙烯醇降解过程中,其菌体生长与基质降解是偶联的。     

生物转化法生产2-苯乙醇动力学研究

考察了酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)在5L发酵罐中转化生成2-苯乙醇过程中的菌体生长、产物生成和基质消耗的变化规律,并基于得到的实验数据,建立了转化过程中菌体生长的Logistic模型、2-苯乙醇生成的Luedeking-Piret模型和蔗糖消耗的Luedeking-Piret相似模型。将3个动力学模型的理论值和实验值进行了比较,表明模型具有较高的拟合精度,能准确反映2-苯乙醇生物转化过程及其动力学特征,可用于酿酒酵母转化生产2-苯乙醇过程的预测。     

多拷贝毕赤酵母表达猪胰岛素前体的动力学模型

以携带多拷贝猪胰岛素前体(PIP)基因的毕赤酵母(Pichia pastoris)为供试菌株,对分批补料发酵PIP合成动力学模型进行研究。建立了不同拷贝数毕赤酵母发酵合成PIP的菌体生长、产物合成和底物消耗的动力学模型,并通过Origin8.0软件对模型参数进行了非线性拟合。根据动力学模型结果发现,随着拷贝数的增加与菌体生长相关的产物系数 和细胞生长代谢系数k₁绝对值不断增加,12拷贝时PIP表达量达到最高,说明只有进一步促进高拷贝菌株细胞生长并减少其代谢负担才能更有效地提高产物的生成速率。同时表明:预测值与实验值有良好的拟合性,所建模型能较好地反映分批补料发酵过程PIP的合成。     

多拷贝毕赤酵母表达猪胰岛素前体的动力学模型

以携带多拷贝猪胰岛素前体(PIP)基因的毕赤酵母(Pichia pastoris)为供试菌株,对分批补料发酵PIP合成动力学模型进行研究。建立了不同拷贝数毕赤酵母发酵合成PIP的菌体生长、产物合成和底物消耗的动力学模型,并通过Origin8.0软件对模型参数进行了非线性拟合。根据动力学模型结果发现,随着拷贝数的增加与菌体生长相关的产物系数α和细胞生长代谢系数k1绝对值不断增加,12拷贝时PIP表达量达到最高,说明只有进一步促进高拷贝菌株细胞生长并减少其代谢负担才能更有效地提高产物的生成速率。同时表明:预测值与实验值有良好的拟合性,所建模型能较好地反映分批补料发酵过程PIP的合成。     

利用动力学模型探讨碳源浓度对普鲁兰分批发酵过程的影响

采用Logistic、Luedeking-Piret以及Luedeking-Piret修正模型分别建立了不同初始蔗糖浓度下Aureobasidium pullulans(swp35)分批发酵生产普鲁兰过程中的菌体生长、产物积累和基质消耗的数学模型,并采用1stopt软件,选取修正高斯牛顿法和通用全局优化算法进行非线性曲线拟合,计算获得动力学模型参数。研究结果表明:上述模型能较好地反映本研究实验条件下swp 35的细胞生长、产物合成和底物消耗过程,拟合动力学模型的相关系数R2均大于0.91;普鲁兰合成与细胞生长基本呈偶联关系;初始蔗糖浓度对菌体合成速率有明显的抑制作用:随着初始蔗糖浓度从25 g/L增加到100 g/L,最大比生长速率从0.146 h-1下降到0.049 h-1;最大比产物生成速率和比底物吸收速率在50 g/L初始蔗糖浓度时呈现峰值,分别达到0.536 h-1和0.844 h-1。从文章研究结果可知,以50 g/L蔗糖为初始浓度分批补料发酵生产普鲁兰可能比分批发酵方式更高效。     

pH值控制下γ-氨基丁酸分批发酵动力学模型

在3.7 L发酵罐中研究短乳杆菌CGMCC NO.1306控制pH=5.0发酵生产γ-氨基丁酸(GABA)的过程。结果表明,γ-氨基丁酸的发酵过程大致分为菌体生长和产物合成2个阶段。基于Logistic方程和改进的Luedek ing-P iret方程,分2个阶段建立了控制pH=5.0的细胞生长、底物消耗以及GABA合成动力学模型,运用MATLAB 6.0软件处理实验数据和模型,拟合出描述发酵过程的模型参数。经验证,模型的拟合结果和实验值吻合较好,表明此动力学模型对指导GABA的发酵生产具有实际意义。     

谷氨酸棒杆菌合成生物絮凝剂分批发酵过程的动力学模拟

对谷氨酸棒杆菌生产生物絮凝剂的分批发酵过程进行了动力学研究。以Logistic方程来描述菌体生长过程,并对Gaden生长相关模型进行了修正,加入时间修正因子,建立了产物生成动力学模型,同时还提出了关于葡萄糖和尿素的两个非线性基质消耗动力学模型。利用软件Origin 8.0对实验数据进行拟合,结果显示各模型均能较好地描述谷氨酸棒杆菌合成生物絮凝剂的分批发酵过程。     

一种用紫外光谱测定混合糖含量的新方法

提出一种用紫外光谱测定样品中混合糖含量的方法。其原理是基于样品中的糖经浓硫酸处理后生成有紫外吸收的糠醛和羟甲基糠醛,进行紫外波长吸收测定;通过化学计量学软件,根据一组已知糖浓度标准样品的多波长光谱和所对应组成浓度之间的数学关系,建立校正模型。将未知样品的紫外光谱信息输入校正模型即可预测其组成中糖的含量。本方法无需使用有机试剂,操作简便,可以测定样品中戊糖、己糖和总糖的含量,适合于木质生物质炼制研究中溶解性糖类组分的分析。     

Z5-G菌生产聚β-羟基丁酸发酵动力学模型

研究了Z5 G菌株在 3L搅拌发酵罐中以蔗糖为碳源分批发酵生产聚β 羟基丁酸 (PHB)的生长特性。在Lo gistic方程和Luedeking Piret方程的基础上,建立了Z5 G菌发酵过程中菌体生长、基质消耗、产物形成的动力学模型。应用MathCAD软件处理实验数据和模型,拟合出所有模型参数,建立了动力学模型,经过验证模型预测值和实验值吻合较好,表明此动力学模型对指导PHB的发酵生产具有实际意义。     

辅酶Q10的发酵动力学

在5 L发酵罐实验数据基础上,应用Logistic方程基于Agrobacterium tumefaciensATCC4452(根癌农杆菌)菌种的生长、辅酶Q10的产量、底物的消耗、生物量的形成和维持创建动力学模型。应用MATLAB 7.0软件经非线性拟合和优化,获得了最佳的模型参数值,确定了菌体最大比生长速率为0.105 h-1和较大的生物量对辅酶Q10的得率系数YP/X=2.445 5,拟合模型R2均大于0.996,结果显示模型与实验数据能较好地吻合,确定了细菌合成辅酶Q10分批发酵过程的动力学特征。     

青蒿毛状根悬浮培养动力学及其计量关系

分析了青蒿毛状根悬浮培养过程中生长、青蒿素合成、底物消耗及电导率变化的动力学,认为毛状根生长和青蒿素合成非偶联,毛状根生物量与电导率之间存在明显的线性关系.计算了生物量对碳、氮源的得率系数,并通过元素分析,建立了毛状根生长的基本计量关系式,从理论上计算出了得率系数及呼吸商.     

A novel aeration strategy in repeated-batch fermentation for efficient ethanol production from sweet sorghum juice

To improve the efficiency of ethanol production in a batch fermentation from sweet sorghum juice under a very high gravity(VHG) condition(～ 290 g/L of total sugar) by Saccharomyces cerevisiae NP01, repeatedbatch fermentation under an aerated condition(2.5 vvm for the first 4 h during every cycle) was done in a5-L fermenter. The average ethanol concentration(P), productivity(Qp) and yield(Yp/s) for five successive cycles were 112.31 g/L, 1.55 g/L·h~(-1) and 0.44, respectively with 80.97% sugar consumption. To complete sugar consumption, the total sugar of the juice was reduced to a high gravity(HG) level(～240 g/L). The results showed that yeast extract was not necessary for ethanol production, and aeration during every other cycle i.e., alternating cycles, was sufficient to promote both yeast growth and ethanol production.The average P, Qpand Yp/svalues for eight successive cycles with aeration during alternating cycles were97.58 g/L, 1.98 g/Láh and 0.41, respectively with 91.21% sugar consumption. The total fatty acids in the yeast cells under the aerated condition were ～ 50% higher than without aeration, irrespective the initial sugar concentration, whereas the ergosterol contents under aeration condition were ～ 29% to 49% higher than those without aeration.     

葡萄糖氧化酶及过氧化氢酶摇床发酵过程数学模型

研究了黑曲霉葡萄糖氧化酶及过氧化氢酶摇床发酵过程的动力学 ,建立了发酵过程菌体生长、基质消耗及酶合成的随时间变化的数学模型 .Logistic方程、Luedeking -Piret方程能够很好地分别描述黑曲霉细胞的生长和发酵产酶过程 .葡萄糖氧化酶及过氧化氢酶的发酵合成是生长耦联的 .此外 ,还建立了基质消耗动力学模型 .并将 3个动力学模型的预测值和实验值进行了比较