固定化米根霉发酵生产乳酸的研究进展

根霉属中的米根霉是迄今认为生产L-乳酸较为理想的菌种.利用游离的米根霉发酵乳酸时会产生菌种利用率低、生产效率低等一系列不足,因此展开了菌体固定化发酵的研究.目前米根霉固定化发酵工程的研究主要集中于载体的选择和新型生物反应器的研制.本文对此研究进展作了综合评述与讨论,认为米根霉固定化发酵乳酸可以进一步降低生产成本,提高乳酸产率.     

固定化米根霉发酵生产有机酸的现状及发展趋势

米根霉是生产绿色平台生物化学品L一乳酸、富马酸等有机酸的理想菌种.游离的米根霉发酵生产有机酸时存在菌种利用率低、生产效率低等一系列问题,菌体固定化发酵研究旨在克服这些困难.目前米根霉固定化发酵生产有机酸技术的研究主要集中于载体固定化技术的研究,然而无载体固定化技术作为一种全新的细胞固定化技术正在迅速的发展与完善.本文对固定化米根霉发酵生产有机酸的研究现状以及未来发展趋势进行了综合评述与分析.     

转盘反应器固定米根霉的L－乳酸发酵

研究了米根霉的固定化方法，研制了用吸附法固定米根霉的生物转盘反应器，考察了在该反应器中培养基组成及其它操作条件对Ｌ－乳酸发酵的影响。实验结果表明，应用吸附法固定化的米根霉及生物转盘反应器进行Ｌ－乳酸发酵具有发酵速率快，Ｌ－乳酸得率高及既能用于连续发酵又能用于间歇发酵等优点     

转盘反应器固定米根霉的L—乳酸发酵

研究了米根霉的固定化方法，研制了用吸附法固定米根霉的生物转盘反应器，考察了在该反应器中培养基组织及其它操作条件对Ｌ－乳酸发酵的影响。实验结果表明，应用吸附法固定化的米根霉及生物转盘反应器进行Ｌ－乳酸发酵具有发酵速率快，Ｌ－乳酸得率高及既能用于连续发酵又能用于间歇发酵等优点。     

米根霉分批发酵生产富马酸的动力学模型

动力学模型对微生物培养过程的理论研究和生产实践具有重要的意义.今用7 L发酵罐对米根霉(Rhizopus Oryzae)分批发酵生产富马酸的动力学行为进行了研究.由Logistic和Luedeking-Piret 模型方程分别建立了米根霉产富马酸发酵过程中菌体生长、产物积累和基质消耗的数学模型,并采用Runge-Kutta法得到了动力学模型参数.模型模拟计算结果与实验值可以较好地吻合,平均相对误差在5% 以内.动力学研究结果表明,该模型能较好地反映米根霉的细胞生长、底物消耗和产物合成过程及其动力学机制,为进一步实现米根霉工业化生产富马酸提供了理论依据.     

丝瓜络固定化米根霉催化光皮树油制备生物柴油

近年来,全细胞生物催化剂应用于生物柴油生产的研究引起了人们的极大关注,全细胞催化剂的制备过程可省去烦琐的酶纯化过程和降低催化剂的制备成本,且全细胞催化剂使用寿命较长。本研究对一株高产脂肪酶的米根霉进行了固定化研究,并将其应用于生物柴油的制备。首先筛选不同的生物基固定化材料,探索其适宜的固定化条件,以获得的固定化米根霉作为全细胞催化剂催化光皮树油制备生物柴油,探讨了转酯化条件对生物柴油得率的影响。研究结果表明,丝瓜络作为固定化材料的固载率最高,以橄榄油作为碳源,多聚蛋白胨和NaNO₃作为复合氮源,获得的固定化细胞的固载率及脂肪酶活性最强。以丝瓜络固定化米根霉催化光皮树油,在含水量为10%、催化剂用量为12%的反应体系中,总醇油摩尔比为4∶1,甲醇分别在0h、10h、24h、40h以1∶1添加,甲酯得率可达94%以上。固定化全细胞重复使用6次后,转酯化效果依然保持在80%以上。     

用于固定化米根霉发酵生产L-乳酸的转盘反应器及其放大

利用米根霉菌丝体发达且易于吸附在固体表面的特性,将其固定化于转盘表面,利用转盘反应器实现L 乳酸的固定化发酵。考察了固定化过程中的底物浓度、产物浓度和溶解氧浓度的变化规律。在此基础上,进一步研究了8L反应器的通气量、装液量及转盘转速等操作参数对发酵过程的影响,得到了优化的反应器操作条件。最后,利用自制的1m3反应器考察了转盘反应器固定化发酵的可行性,得到了比较满意的结果,证实该反应器具有良好的工业应用前景。     

固定化米根霉在三相流化床中间歇发酵生产L—乳酸的研究

研究了海藻酸钙包埋法固定米根霉在三相流化床反应器中间歇发酵生产Ｌ－乳酸的工艺。实验结果表明，固定化颗粒具有较好的重复使用效果。     

米根霉发酵生产L(+)-乳酸研究进展

米根霉是生产绿色平台生物化学品L(+) 乳酸的理想菌种 ,目前集中在发酵工艺的优化、新型生物反应器的设计以及细胞固定化等方面的研究 ,通过控制米根霉菌体形态使之自聚集成为一定大小的球体进行乳酸发酵 ,操作简便、费用低。建议今后从应用代谢工程技术定向选育米根霉L(+) 乳酸高产菌 ,改进发酵设备、改良提取工艺 ,合理控制乳酸产品的构型等几个方面着手进行进一步研究 ,从而降低乳酸生产原料的成本 ,扩大L(+) 乳酸的应用领域。     

棉布支架固定化米根霉联产果胶酶及用于处理烟梗

利用果胶酶处理烟梗纤维生产乳酸等对环境友好,而应用新的发酵组合方式和优化发酵条件是提高产酶量,降低成本的有效途径。本文采用实验室研发的棉布支架固定化米根霉细胞的技术,优化了底物为果胶或烟梗的发酵产果胶酶的培养条件,还优化了处理烟梗果胶的条件。底物为果胶的最佳产酶条件为:转速190r/min,装液量50mL/250mL,发酵温度30℃,初始pH值5,初始孢子浓度0.75×10⁶个/mL。底物为烟梗的最佳产酶条件为:初始pH值4.6、初始孢子浓度0.5×10⁶个/mL等。在优化处理烟梗果胶的条件下,固定化米根霉产果胶酶连续法比游离的果胶酶法降解烟梗果胶的效果好,果胶降解率提高18.5%,达到74.1%。棉布支架固定化米根霉利用果胶发酵产果胶酶量较高,利用烟梗发酵脱胶效果较好。     

基于流变特性的动力学模型研究及在柠檬酸发酵过程的应用

研究了基于流变特性的动力学模型,并以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,同时将模型应用于柠檬酸发酵过程中。结果表明模型的拟合效果良好,从而表明所建立的模型基本符合柠檬酸发酵过程,这为显示流变特性对发酵代谢过程的影响提供了理论依据,也为实现柠檬酸发酵过程最优化提供必要条件。     

A novel kinetic model to describe 1,3-propanediol production fermentation by Clostridium butyricum

Clostridium butyricum is one of the best 1,3-propanediol producers due to the nonpathogenic, less byproducts, and energy-efficient fermentation process. In fermentation process, the relationship among substrate, product, and byproducts is intricate and hard to be analyzed. The present study is aimed at establishing a novel kinetic model not only based on biomass, substrate, and 1,3-propanediol, but also considering the byproduct concentration to describe 1,3-propanediol fermentation process by C. butyricum. The simulative result of the model fit well with that in the batch fermentation process. Furthermore, the model was also used to predict the result of fed-batch fermentation process after some modifications. The predicted result of model fit well with the data in experiment when glycerol was controlled at around 10 g/L. Thus, this novel kinetic model could serve as a tool for further optimization of the fermentation process, and could be improved for some other similar processes.     

基于pH控制的丙酮丁醇间歇发酵过程动力学模型

基于微生物发酵动力学模型和丙酮丁醇发酵工艺的特点,由5组控制pH下的实验数据建立该发酵过程的动力学模型,采用改进的自适应遗传算法对模型的12个参数进行优化,并采用一组控制pH数据对模型进行了外推验证,结果表明,该模型能够较好地描述pH的丙酮丁醇间歇发酵过程.     

基于分阶段的LSSVM发酵过程建模

发酵过程建模是研究微生物发酵的重要课题,基于模型可实现被测参量的软测量、系统的优化控制。鉴于引入混合核函数的最小二乘支持向量机在过程建模中具有优良表现,采用基于混合核函数的最小二乘支持向量机建模。但由于发酵过程周期较长,最小二乘支持向量机的全局模型预测精度难以保证,算法复杂度很高,因此提出一种分阶段建模方法。首先,选择表征阶段特性的辅助变量,利用模糊C均值聚类算法对样本数据聚类,将发酵过程分成不同的阶段,然后为各个阶段分别建立最优混合核最小二乘支持向量机局部模型,最后将局部模型合成构成过程的完整模型。将此方法应用于青霉素发酵过程和重组大肠杆菌发酵过程中,验证了该方法的有效性。     

基于PLS-LSSVM的谷氨酸发酵产物浓度预测建模

针对谷氨酸发酵过程关键生化参数难以在线检测给发酵优化控制带来困难问题,基于谷氨酸5 L发酵罐发酵过程,建立基于偏最小二乘（PLS）和最小二乘向量机（LSSVM）相结合的谷氨酸浓度预测模型;利用PLS对输入变量进行特征提取降低维数和消除相关性,以简化模型和提高模型精度。为确定谷氨酸发酵最佳预测模型,简化后的预测模型与发酵动力学模型进行比较;实验结果表明,简化后的耦合模拟退火（coupled simulated annealing,CSA）对参数进行优化的LSSVM模型具有最好预测性能,相对PLS预测模型和发酵动力学模型具有明显优势,均方根误差分别为1.597、8.49和2.934,可以为谷氨酸发酵过程操作及时调整及优化控制提供有效指导。     

天蓝色链霉菌产蓝色素的分批发酵动力学分析

在分批发酵中，研究了天蓝色链霉菌的生长、基质消耗及蓝色素分泌的特性. 基于Logistic方程和Luedeking-Piret方程，得到了描述分批发酵过程的动力学模型及模型参数，同时对实验数据与模型进行了验证比较. 模型计算值与实验数据拟合良好，模型基本反映了天蓝色链霉菌分批发酵过程的动力学特征.     

基于PSO的丁二酸发酵动力学模型参数优化

丁二酸是一种重要的化工原料,对丁二酸发酵过程进行模型化研究可以为工艺放大提供必要的基础数据。根据丁二酸发酵过程的实验数据,在已有的丁二酸发酵动力学模型的基础上,采用粒子群优化算法进行模型参数优化研究,求得最优参数并利用其进行过程仿真。结果表明优化后的模型能够更好地模拟丁二酸分批发酵过程。和采用遗传算法进行的研究结果相比,粒子群算法提高了模型计算值与实验测量值的拟合程度,且算法简单,易于实现。     

农业秸秆湿干两级厌氧发酵制沼气技术

干式发酵过程由于需水量少而成为目前国内外沼气行业的一个重要发展趋势,但是干式发酵存在启动慢和传质不均匀的局限性。采用湿式发酵作为干式发酵的接种启动阶段,将湿式和干式联合,从而力求解决干式发酵的局限性,发展出湿干结合的两级厌氧发酵产沼气工艺,以提高干式发酵技术的效率。采用秸秆为底物进行两级厌氧发酵,考察了第一级湿式发酵时间对后续干式发酵的影响。设置3、5、10、15和25 d五个不同湿式发酵周期进行实验,结果表明,湿式发酵周期为10、15和25 d实验组的累计两级甲烷产气能力相当,分别为218.63、219.44和218.85 ml·（g VS）^-1,3 d[208.17 ml·（g VS）^-1]和5 d[185.83 ml·（g VS）^-1]实验组产气量均较低。从产气量、降解程度和实际工艺等角度综合分析得出,湿式发酵周期为10 d之后转入第二级干法发酵效果最佳。动力学拟合分析表明,RC（reaction curve）模型较GM（Modified Gompertz）和LM（Modified Logistic）模型更适用于本实验研究的厌氧发酵过程的数据模拟。     

诺西肽发酵过程中的分阶段软测量建模

诺西肽发酵过程中关键生化参数难以在线测量,给控制与优化带来困难.针对这一问题,利用软测量技术来实现关键生化参数的在线估计,并提出了一种分阶段软测量建模方法.首先以分阶段的诺西肽发酵过程非结构模型为基础,根据隐函数存在定理进行辅助变量的合理选择;然后利用模糊c均值聚类算法将建模数据按其所属阶段的不同进行分类,并利用神经网...     

肌苷发酵和分离耦合过程的动力学

许多发酵过程都受到高浓度产物的抑制,肌苷发酵亦存在明显的产物反馈抑制作用。为了降低产物抑制效应,采取发酵和离子交换分离产物、流加补料结合起来的耦合发酵方法。本文结合肌苷合成代谢途径,建立了肌苷耦合发酵动力学模型,用于指导工业生产。