微生物发酵过程的细胞密度在线检测与底物浓度实时控制

在许多的微生物发酵和培养过程中,控制碳源(葡萄糖)是实现过程优化的关键.但是葡萄糖等碳源电极价格昂贵,且不能在线灭菌,限制了其应用范围.基于电容法测量细胞密度可以在线灭菌,与细胞干重、OD(光密度)值等生物指标有很好的对应关系,本文实现了基于动力学模型用细胞密度检测数据对发酵底物浓度的预测控制.用遗传算法建立的微生物反应过程动力学模型对分批发酵过程有较好的模拟效果.几次发酵结果对比表明,本文的方法可有效提高目的产物的产量,对制药、食品等工业发酵具有借鉴意义.     

基于生物传感器的发酵过程在线分析系统研制

基于发酵过程自动优化控制的需求,研制了发酵过程生物传感器在线自动取样分析系统。给出了在线分析系统的分析原理及其结构组成,详细介绍了自动取样、样品稀释及生物传感器信号处理的方法。系统可以实现对葡萄糖、乳酸和谷氨酸等重要生化参数的自动取样分析,并把分析结果通过485接口或4~20 mA模拟接口发送到发酵控制器,为发酵控制提供生化分析数据。用葡萄糖标准样品作为发酵液对实验样机进行了测试,结果表明在线分析系统具有较高的分析精度,可以满足发酵过程分析的需求。     

基于DRFNN的赖氨酸发酵生物参数估计

赖氨酸发酵过程是一个复杂的非线性强耦合动态过程,发酵过程中某些关键生物参数(如菌体浓度、基质浓度、产物浓度)难以实时在线检测.针对这些问题,建立了基于动态递归模糊神经网络(DRFNN)的赖氨酸发酵生物参数估计软测量模型.利用主元分析法建立发酵过程中在线不可测参数的软测量模型,应用动态递归模糊神经网络所具有的自学习、自适应能力以及对任意非线性的逼近能力,对该模型进行辨识,从而达到预测这些关键生物参数的目的.仿真结果表明该方法能够对赖氨酸发酵过程中不可在线测量的生物参数进行估计,且达到了较高的精度.     

发酵工业用在线检测浊度计

在发酵过程中,由于光密度可以指示发酵培养液中的微生物浓度,所以测定培养液的光密度被认为是跟踪微生物生长的快速方法。 在发酵工业中,光电分光光度计应用得十分普通,但仅适用于实验室,而不能用于生产过程的在线检测。目前,国外已研制出可以用于高温灭菌条件下的浊度计。     

食用菌与生物技术

前言生物技术“Biotechnology”一词,也有人译做“生物工程学”或“生物工艺学”。目前对这一词尚无统一的定义,对它的内容和范围也有不同的理解。目前比较普遍的说法,生物技术是将生命科学的知识用于工业过程和解决工业生产有关问题的技术;是将活生物或它的组分用于工农业生产过程的技术;是直接或间接地利用生物体及其机能生产物质的技术;是经营和开发有工业潜力的微生物、动植物细胞及其组分的技术等。归结起来可以说,生物技术是一种新的高度先进的技术能力,能改变活的生物体以服务于人类。目前一般认为生物技术主要包括基因工程、细胞工程,酶工程和发酵工程等四个方面。     

智能化微生物发酵乙醇浓度在线检测仪的研制

乙醇浓度是微生物发酵过程中重要的过程参数,直接影响着发酵过程的控制和优化.基于半导体材料的气敏效应,提出了一种生物发酵过程中乙醇浓度在线检测方法.该方法利用系统辨识建立乙醇浓度的在线测量模型,以微控制器为核心的嵌入式系统完成信号采集、数据分析与处理;在此基础上研制了乙醇浓度在线检测仪,给出了在线检测仪的系统组成框图以及系统的硬件设计和软件设计.实验与分析表明,所设计的乙醇浓度检测仪能够在线检测发酵过程中的乙醇浓度,所测乙醇溶液体积百分比范围为0.00-8.00%,具有较高的检测精度,绝对误差小于0.1%,重复性好,能够很好地满足微生物发酵工业应用需求.     

基于摄氧率的分批发酵过程阶段辨识

针对发酵阶段难以在线辨识的问题,提出了一种基于摄氧率的需氧型发酵过程阶段辨识方法.利用在线可测的摄氧率对处于特定发酵阶段的比生长率进行预估,再利用比生长率的预估值进行发酵阶段的在线辨识.由于摄氧率极易在线获得,所以这种辨识方法非常容易实现.针对诺西肽发酵过程,利用所提出的方法进行发酵阶段的在线辨识,阶段辨识结果与过程知识相一致.这不仅可以增进对当前生产状况的了解,而且可以指导适时地实施各种控制策略,从而提高产品的质量.     

走进河北省科学院——研究室系列简介（1） 河北省生物研究所微生物研究室

1 研究室简介 河北省生物研究所微生物研究室创建于1978年,现有正式编制研究人员11人,其中研究员3人,副研究员3人,博士1人,硕士3人.是一支具备微生物分离、发酵工艺、植物病理、农学等科学研究及技术开发的复合型人才队伍.主要从事有益微生物资源的筛选与利用、生防菌株遗传改良、生物制剂发酵工艺、作物病虫害的生物防治、生物饲料、生物酶、饲料添加剂及食用菌栽培等等研究.承接各种微生物菌剂及酶制剂的检测工作.     

乳酸菌发酵过程参数的研究

为准确、快捷地掌握乳酸菌发酵过程中主要参数的变化情况,通过KRH-BI0300型发酵罐控制系统、细胞密度监测系统、SHP8400PM过程气体质谱分析仪、生物传感分析仪等多种发酵过程分析检测手段,对乳酸发酵过程中乳酸菌活细胞数、尾气成分、葡萄糖及乳酸含量的变化情况进行测定。结果表明,应用多种现代化分析检测手段可以快速、精确地掌握乳酸菌发酵过程参数变化情况。该研究为乳酸菌发酵过程的优化控制及规模工业化奠定了基础。     

《山东科学》2018生物传感器专栏发酵工程专题征稿简则

正工业发酵过程需要对发酵底物、重要中间代谢产物和目标产物进行快速、准确的检测,以便对发酵过程进行优化和控制。为了宣传和展示我国在生物传感器领域的最新成果,提升生物传感技术在发酵工业领域应用与市场开发,结合省重点研发计划(重大关键技术)"植酸酶工程菌高密度发酵智能控制关键技术"项目,推动我国相关科研工作者的信息交流和合作,在本刊特设的"生物传感器"专栏中增加植酸酶等生物发     

生物量参数实时在线检测技术的应用研究

简要介绍了锁相放大器的基本构成，分析了锁相放大器实现微弱信号检测的原理，设计了利用锁相放大在线检测微生物发酵过程生物量参数（菌体细胞浓度）的检测电路与检测系统，并且实验验证了该检测方法的可行性，该检测技术可以用于生物发酵过程菌体细胞浓度的实时在线监测。     

微生物在农村有机生活垃圾堆肥中的作用

微生物是农村有机垃圾堆肥资源化技术的核心.介绍了微生物在堆肥过程中的变化规律,发酵微生物、除臭菌和功能性微生物的选育及应用现状、存在的问题和展望,并指出生产生物有机肥是有机垃圾堆肥资源化的有效途径之一,为农村生态文明的可持续发展提供技术支持.     

发酵过程多水平问题及其生物反应器装置技术研究

回顾了发酵过程优化与放大所依据的基本思想和方法,认为采用以动力学为基础的最佳工艺控制点为依据的静态操作方法,实质上只是化学工程宏观动力学概念在发酵工程上的延伸,往往忽视细胞代谢流的存在。以细胞代谢流的分析与控制为核心的生物反应工程学的观点,通过实验研究,提出了基于参数相关的发酵过程多水平问题研究的优化技术和发酵过程多参数调整的放大技术。随着过程传感技术和计算机技术的发展,设计了一种定型为FUS50L（A）的新概念生物反应器。这种新型生物反应器是以物料流检测为手段,过程优化与放大为目标,成功地应用在青霉素、红霉素、金霉素、肌苷、鸟苷发酵和Pichia酵母表达系统的基因工程人血清白蛋白（rhSA）、疟疾疫苗等高密度高表达培养,大幅度提高发酵水平,并直接放大到几百升,甚至100 m3以上生产规模发酵罐。     

生物过程尾气质谱仪在乳酸发酵工艺控制中的应用

将生物过程尾气分析质谱仪及相应的Biostar处理软件成功应用于乳酸发酵过程中,通过实时监测发酵过程中不同阶段和不同发酵条件下菌体生理代谢参数的动态变化,并对其进行多参数相关分析,阐明了发酵过程中杂质组成的合成代谢过程;利用尾气分析质谱仪进行微耗氧发酵过程供氧水平的精确控制,当菌体的摄氧率控制在0.70mmol/(L.h)时,凝结芽孢杆菌乳酸的最佳合成速率能达到2.78g/(L.h);同时在以玉米淀粉水解糖液为基质的乳酸发酵过程中,通过对菌体生理代谢参数变化与残糖的消耗和副产物生成过程进行相关分析,建立了根据生理参数的变化进行发酵过程终点快速判定方法,实现了L-乳酸发酵产量和质量的在线控制策略。     

发酵的类型及操作方式

发酵是指利用微生物制造工业原料或工业产品的过程。根据各种微生物的特性，在有氧或无氧条件下利用生物催化（酶）的作用，将多种低值原料转化成不同的产品的过程。如酿酒、制酱和醋等发酵技术古已有之。本文介绍了发酵的类型及操作方式。     

应用拉曼光谱及成像技术观测α粒子辐照对米根霉的作用和影响

载能粒子辐照微生物可以引起多种生物学效应,粒子辐照技术在微生物的诱变育种中得到广泛应用.但是关于粒子辐照微生物的作用过程和机理还不清楚,尚待深入研究查明.当前的一个研究趋势是利用各种光学和光谱方法对辐射引起生物体生命活动变化的微观过程进行快速、实时、无损在线观测.采用α粒子源(241Am)辐照米根霉,并且用拉曼光谱及具有空间分辨的光谱成像技术对不同生长时期和不同辐射剂量条件下的米根霉菌丝细胞内各类组分含量、分布变化进行观测和分析,由此研究载能粒子对微生物菌体产生的有关生物学效应.     

葡萄酒质量安全风险及其控制

全面阐述了影响葡萄酒质量安全的主要因素及其防控措施。农药残留和重金属污染通常由葡萄栽培中施用的防治病虫害药剂或环境污染而导致其在葡萄果实中的累积,可通过选择生态条件优良的酿酒葡萄种植基地、规范栽培管理技术有效控制；SO₂残留产生于葡萄酒酿造过程,可通过控制原料污染、严格发酵酿造工艺管理、保证生产清洁卫生及积极寻找SO₂替代物控制其含量；微生物或有微生物参与的有毒代谢产物中赭曲霉毒素A、氨基甲酸乙酯和生物胺,则依赖于发酵剂的选择和改进工艺等多种手段综合防控。在葡萄栽培及葡萄酒酿造过程中应关注此类物质对人体的潜在危害,并通过检测进行有效的预防和控制。     

系列食品微生物多糖的高黏度发酵关键技术

比较产热凝胶菌株生长和合成多糖阶段的能量代谢差异,特别是能量耗散的差异,构建了土壤杆菌ATCC 31749产热凝胶的代谢途径.研究产生能量代谢差异的原因及其影响因素,利用分子生物学技术和生物信息学工具,构建了土壤杆菌电子呼吸链的传递途径.研究高密度培养、高强度生产的两步法微生物多糖发酵工艺.在预备罐中以低C/N营养条件,实现产多糖微生物的快速高密度培养.在发酵罐中稀释细胞后以高C/N营养条件高强度生产微生物多糖.研制工业规模下适用于高黏度发酵的高效生物反应器.以结冷胶为高黏度发酵模型体系,研究该反应器在冷模条件下的传质、混合和流变行为特征,设计了新型高效生物反应器,放大至50 m3并应用于结冷胶发酵生产实践中.     

玉米秸秆厌氧生物发酵制氢的特性研究

以玉米秸秆作为发酵底物,牛粪堆肥作为菌种来源,进行了30 L规模生物发酵制氢的特性研究.主要对底物发酵过程产氢途径进行分析,由液相末端发酵产物确定发酵类型.通过检测实验过程中发酵液的成分,分析了产氢的影响因素,并提出了持续稳定产氢的适宜方法.实验结果显示,玉米秸秆厌氧发酵制氢为丁酸型发酵,产氢反应过程中产氢量与微生物的生长特性紧密相关.     

圆柱体温度稳定的一种新方法

考虑一类常微分方程与偏微分方程级联系统.该级联系统在工业生产中可以表示化学反应和生物发酵等问题.通过Backstepping的方法,设计了系统的控制律,再由选定的目标系统的指数稳定性以及Backstepping变换及其逆变换的有界性,证明了闭环系统在控制律下的指数稳定性.