间歇发酵非线性酶催化混杂动力S系统及参数辨识

在微生物间歇发酵生产1,3-丙二醇的过程中,不能根据实验确定甘油和1,3-丙二醇跨膜运输方式。本文以此为背景,建立相应的非线性酶催化混杂动力S系统,进而以胞外物质浓度的相对误差为性能指标,以非线性酶催化混杂动力S系统为约束条件,建立参数辨识模型,并证明辨识模型最优解的存在性。利用粒子群算法对参数辨识问题进行求解,推断出甘油和1,3-丙二醇最有可能的跨膜运输方式是主被动运输相结合。     

微生物批式流加发酵中的最优控制

提出了一个非线性动力系统用以描述微生物批式流加发酵生产1,3-丙二醇过程。以终端时刻1,3-丙二醇的浓度作为性能指标且以甘油和碱的流加速度作为控制函数,研究了含状态和控制约束的最优控制问题。最后,基于控制参数化方法和改进的差分演化算法构造了一种求解最优控制问题的计算方法。数值分析结果表明与已有结果相比,终端时刻1,3-丙二醇的浓度有显著提高。     

改进的微生物连续发酵动力系统及参数辨识

以微生物连续发酵生产1,3-丙二醇为背景,研究了非线性动力系统及其参数辨识问题.首先根据发酵过程的特征和动态行为,在底物甘油过量的条件下,考虑了细胞内甘油与1,3-丙二醇的浓度变化,改进了描述微生物连续发酵过程的非线性动力系统,分析并论述了该非线性动力系统的主要性质;其次以平均相对误差为性能指标,建立了参数辨识最优化模型,并用粒子群算法求解.计算结果表明,该模型适合描述主要产物1,3-丙二醇的动态行为,但用来描述副产物的浓度变化率不够精确.     

改进的微生物连续发酵动力系统及参数辨识

以微生物连续发酵生产1,3-丙二醇为背景,研究了非线性动力系统及其参数辨识问题.首先根据发酵过程的特征和动态行为,在底物甘油过量的条件下,考虑了细胞内甘油与1,3-丙二醇的浓度变化,改进了描述微生物连续发酵过程的非线性动力系统,分析并论述了该非线性动力系统的主要性质;其次以平均相对误差为性能指标,建立了参数辨识最优化模型,并用粒子群算法求解.计算结果表明,该模型适合描述主要产物1,3-丙二醇的动态行为,但用来描述副产物的浓度变化率不够精确.     

微生物批式流加发酵的建模及基于HPSO算法的参数辨识（英文）

研究了微生物批式发酵甘油生产1,3-丙二醇过程的建模和参数辨识。由于流加过程中甘油和碱被间断地注入发酵罐,因而本文提出一个非线性多阶段动力系统描述该过程,并讨论了该系统的性质。以实验数据和计算值之间误差平方和最小为性能指标,建立了系统辨识模型,并证明了参数的可辨识性。最后构造了混杂粒子群算法求解该参数辨识模型,数值结果表明实验观测值和计算值之间的误差比已有文献降低了1.76%～41.77%,因而该系统能更好的描述批式流加发酵过程。     

微生物批式流加发酵的建模及基于HPSO算法的参数辨识

研究了微生物批式发酵甘油生产1,3 丙二醇过程的建模和参数辨识。由于流加过程中甘油和碱被间断地注入发酵罐,因而本文提出一个非线性多阶段动力系统描述该过程,并讨论了该系统的性质。以实验数据和计算值之间误差平方和最小为性能指标,建立了系统辨识模型,并证明了参数的可辨识性。最后构造了混杂粒子群算法求解该参数辨识模型,数值结果表明实验观测值和计算值之间的误差比已有文献降低了176％～4177％,因而该系统能更好的描述批式流加发酵过程。     

基于生物鲁棒性的一类微生物连续发酵优化模型及其并行算法

针对一类微生物连续发酵生产1,3-丙二醇问题,基于生物鲁棒性,建立了最优控制和优化模型.证明了最优控制解的存在性,构造了并行粒子群算法,并通过大规模并行计算得到了底物最优流加策略.数值结果显示该流加策略可以显著提高稳态时刻1,3-丙二醇的浓度.     

微生物连续发酵建模及胞内动力学参数辨识

针对甘油连续发酵生产1,3-丙二醇过程,建立了涉及胞内物质及跨膜运输方式的动力学系统,并讨论了该系统的一些性质.以计算值与实验数据的平均相对误差作为目标函数,给出了估计胞内动力学参数的参数辨识模型,并证明了该辨识模型最优参数的存在性.最后构造了改进粒子群算法求解辨识模型中的最优参数.数值结果表明:平均相对误差减小了20...     

微生物转化法生产1,3-丙二醇的研究进展

综述微生物转化法生产1,3-丙二醇(1,3-PD)的研究进展,包括发酵菌种和发酵工艺等.生物转化法生产1,3-PD与化学法相比,具有选择性好、转化率高、分离纯化简单、无污染、利用可再生资源等优点.要使生物转化法生产1,3-PD能与化学法竞争,在提高1,3-PD发酵生产水平的同时,必须有效降低生产成本.以生物柴油副产物废甘油为发酵底物生产1,3-PD,可大大降低1,3-PD生产成本,同时解决废甘油高附加值利用的问题,延长产业链.但存在的问题是废甘油成分复杂,抑制了微生物的生长和代谢.     

固定化双菌串联发酵生产1，3-丙二醇

以葡萄糖为底物，利用分别固定化的酵母Candida krusei ICM-Y-05和肺炎杆菌Klebsiella pneumoniae ZJU 5205串联发酵生产1,3-丙二醇。实验结果表明，由C.krusei发酵而得粗甘油只需经简单离心后即可被K.pneumoniae所利用。将C.krusei包埋于NaCS/PDMDAAC生物微胶囊中，并于气升式反应器中发酵，所得发酵液直接流入固定床反应器，同时向固定床反应器补充微量元素，发酵培养经NaCS/PDMDAAC生物微胶囊包埋的K.pneumoniae，产物即为1,3-丙二醇。三批次发酵实验结果表明，1,3-丙二醇/葡萄糖的最终摩尔转化率为0.295。     

过表达生长相关基因对肺炎克雷伯氏菌甘油代谢的影响

在肺炎克雷伯氏菌（Klebsiella pneumoniae）中过表达生长调控基因,以携带空载体的重组菌为对照,筛选生物量高且目标产物增加的重组菌。摇瓶发酵 24h后测定各重组菌的生物量、甘油消耗及代谢物产量。研究发现,与携带空载体的重组菌相比,过表达编码核糖ABC转运酶的rbsC基因可使生物量和甘油转化率分别提高16.08%和24.69%,1,3-丙二醇和2,3-丁二醇产量分别提高39.59%和19.79%;过表达tRNA核苷酸转移酶基因cca可使生物量和甘油转化率分别提高7.17%和19.16%,1,3-丙二醇和2,3-丁二醇产量分别提高36.24%和13.39%。研究结果表明刺激细菌生长可望促进目标产物的积累。     

克雷伯氏肺炎杆菌生产1,3-丙二醇代谢途径中的酶活变化

考察了不同条件下克雷伯氏肺炎杆菌(Klebsiella.pneumoniae)合成1,3-丙二醇(1,3-PD)的3种关键酶(甘油脱氢酶(GDH)、1,3-PD氧化还原酶(PDOR)及甘油脱水酶(GDHz))的表观酶活变化。结果显示:这3种酶的酶活变化与Klebsiella.pneumoniae的1,3-PD代谢不完全相关。用SDS-PAGE电泳分析上述不同发酵条件下酶活变化,结果显示不同于3种酶的蛋白条带,Mr约为4.0×104位置的蛋白条带有明显的变化,这可能与菌体代谢过程相关,结论有待进一步深入研究。     

重组毕赤酵母发酵甘油制备α-葡聚糖酶的研究

【目的】考察甘油对组成型毕赤酵母（Pichiapastoris ）生长和α-葡聚糖酶表达量的影响。【方法】采用单因素实验法考察初始发酵培养基中甘油浓度、补料阶段甘油残留和通气量等对α-葡聚糖酶表达量的影响。【结果】发酵培养基中初始甘油浓度从50 g／L提高到150 g／L,菌体生长和α-葡聚糖酶表达量均未受到影响,继续提高到200 g／L时,α-葡聚糖酶表达量明显下降。补料过程甘油残留在0～5 g／L,菌体生长和α-葡聚糖酶表达量最佳,当甘油残留较多时,菌体生长和α-葡聚糖酶的表达量均受到影响。提高通气量有利于增加α-葡聚糖酶的表达量,发酵78 h为宜,在此条件下α-葡聚糖酶酶活力达1763 U。【结论】该工艺优化了以甘油作为碳源制备α-葡聚糖酶的发酵条件,提高了α-葡聚糖酶酶活力,为大规模生产α-葡聚糖酶奠定了基础。     

微生物间歇发酵比生长速率辨识及优化算法

根据微生物间歇发酵甘油生产1,3-丙二醇过程的特征及动态行为,建立了能够更好地描述微生物间歇发酵过程的含控制函数和参数的动力系统,证明了该系统的一些性质.以实验数据和计算值之间误差平方和最小为性能指标,建立了系统辨识模型.根据微生物生长特点,采用离散化方法将系统辨识模型转化为一个参数辨识问题.最后,构造了改进的粒子群算法求解.数值结果表明实验观测值和计算值之间的相对误差比已有研究结果降低了6%~16%,该系统能更好地模拟间歇发酵过程.     

Rational design of glycerol dehydratase： Swapping the genes encoding the subunits of glycerol dehydratase to improve enzymatic properties

1,3-propanediol (1,3-PD) is an important material for chemical industry,and there has been always much interest in the production of 1,3-PD using all possible routes. The genes encoding glyc-erol dehydratase (GDHt) from Citrobacter freundii,Klebsiella pneumoniae and metagenome were cloned and expressed in E. coli. All glycerol dehy-dratases but the one from metagenome could be detected to show enzyme activities. In order to im-prove the enzymatic properties of GDHts,the genes encoding α and β-γ subunits were cloned,and the enzyme characteristics were evolved by rational de-sign based on their 3D structures which were con-structed by homology modeling. Six heteroenzymes were obtained by swapping the α subunit genes of these three different-source-derived GDHts. The pH,thermal stability and Vmax of some heteroenzymes were dramatically improved by 2―5 times compared with the wild one (GDHtKP). The GDHt cloned from metagenome,originally proved to be with no enzyme activity,was converted into active enzyme by swap-ping its subunits with other different GDHts. In addi-tion,the effect of subtle 3D structural changes on the properties of the enzyme was also observed.     

甘油脱水酶的研究进展

甘油脱水酶是微生物发酵法生产3-羟基丙醛和1,3-丙二醇过程中的关键限速酶.文中对甘油脱水酶的结构与功能、作用机制、基因工程研究等情况进行综述,探讨了甘油脱水酶的研究进展并提出一些建议.     

流加发酵培养高锌酵母工艺研究

利用谷氨酸发酵废液为主要培养基，以酿酒酵母为菌种，在３０Ｌ发酵罐上进行间歇、恒速及变速流加发酵培育高锌酵母，建立了简单的数学模型控制流加速率．经试验，变速流加可显著提高锌酵母产量，并确定了流加发酵的最佳控制工艺条件．     

重组巴斯德毕赤酵母高密度培养中铵离子浓度的影响

采用Mut^s表型的重组毕赤酵母生产血管生长抑制素,表达阶段流加甘油—甲醇混合碳源以提高菌体密度和血管生长抑制素的表达水平,菌体密度可达174g／L,约是表达阶段采用甲醇为单一碳源的发酵过程的3倍。菌体密度的提高导致表达阶段发酵液中铵离子浓度下降很快,当发酵液中的铵离子浓度低至40mmol／L时,影响了血管生长抑制素的表达。改变pH调节方式并在发酵后期添加25mmol／L(NH4)2SO4使发酵液中铵离子浓度维持在150mmol／L以上,血管生长抑制素的表达产量达到108mg／L。