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。     

微生物连续发酵过程线性反馈最优控制

研究了一类微生物连续发酵生产1,3-丙二醇的线性反馈最优控制策略.将稀释速率D和注入的甘油浓度C_(s0)作为控制变量,建立线性反馈控制器使得1,3-丙二醇的产量最大化.首先通过非线性动力系统模型,将最优化问题描述出来并引入线性反馈策略,使用精确罚方法找到这个半无限优化问题的近似问题.进而基于梯度优化,使用一种标准的非线性优化方法给出了近似问题的解,从而得到原优化问题的最优解并求得反馈控制参数.由于线性反馈控制策略可以实现闭环控制,很好地保证了鲁棒性,取得了一定的成效.     

微生物批式流加发酵动力系统及参数辨识

微生物批式流加发酵生产1,3-丙二醇是一种重要的生产方式,但是目前研究只考虑了细胞外5种物质浓度的变化,没有考虑代谢机理、细胞内物质浓度的变化及重要的中间产物。本文将细胞内甘油、3-羟基丙醛和1,3-丙二醇三种物质的浓度变化考虑在内,假设甘油跨膜运输情形为主动运输和被动扩散,1,3-丙二醇的跨膜运输情形为主动运输和被动扩散,建立了微生物批式流加发酵动力系统。以实验值与计算值的误差平方和作为性能指标建立参数辨识模型,并用改进的粒子群算法求解模型中参数。结果表明,改进后模型平均相对误差比现有文献略有降低,说明了模型的有效性。     

发酵液中1, 3-丙二醇的萃取分离

1,3-丙二醇是新型聚酯PTT的主要原料之一.为解决传统的精馏法提取1,3-丙二醇能耗过大的问题,研究了萃取法自稀溶液中分离1,3-丙二醇的过程.结果表明,普通物理萃取和络合萃取法均不能有效分离1,3-丙二醇.在强酸性树脂催化下,通过加入乙醛与1,3-丙二醇发生可逆缩醛反应生成2-甲基-1,3-二烷和甲苯同步萃取反应产物的反应-萃取耦合方法,可以有效分离稀溶液中1,3-丙二醇, 1,3-丙二醇的总转化率为99.1%, 2-甲基-1,3-二烷的收率为91.2%, 分配系数为3.35. 1,3-丙二醇稀溶液的反应萃取过程具有良好的工业可行性.     

新型合成纤维原料1,3-丙二醇

1,3-丙二醇(1,3-propanediol,简称1,3PD)是一种重要的化工原料,可用作溶剂、抗冻剂或保护剂,是合成纤维聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)的基本原料.     

高产1,3-丙二醇的海洋克雷伯氏菌株的分离鉴定（英文）

从海洋环境中分离并鉴定用于发酵生产1,3-丙二醇的海洋微生物菌株.1,3-丙二醇是一种重要的工业原料,主要用于生产新型聚酯材料——聚对苯二甲酸丙二醇脂.通过富集与选择培养、摇瓶发酵测试,筛选得到一株高产1,3-丙二醇菌株;通过API20E试剂条反应、16S r RNA基因序列比对分析、电镜形态观察及相关基因簇分析,鉴定命名该菌株为Klebsiella pneumonia HSL4.进一步分析表明该菌株具有耐盐、耐有机酸的特征.补料发酵实验表明,该菌株合成1,3-丙二醇浓度、生产强度、转化率分别达到80.08 g L-1,2.22 g L-1 h-1和0.53 mol mol-1.     

微生物间歇发酵生产1,3-丙二醇过程辨识与优化

以肺炎杆菌转化甘油生成1,3-丙二醇（1,3-PD）的过程为研究体系,根据微生物间歇培养过程的特征及动态行为,建立了简化的间歇发酵过程的非线性动力系统及其参数辨识模型,论述了动力系统与辨识问题解的存在性,并求得最优辨识参数．以初始底物浓度、菌种浓度及发酵时间为控制变量,以1,3-PD的生产强度为性能指标,建立了非线性系统的最优控制模型,针对实际算例求得最优解,为1,3-PD的产业化生产设计提供理论指导．     

一类微生物发酵过程的优化

研究了甘油生物歧化为1,3-丙二醇过程的优化.首先给出了使目的产物1,3-丙二醇浓度最大的稳态优化模型,然后基于MATLAB和1st Opt软件,构造了可求其最优解的混杂优化方法,取得了较好的应用效果.     

微波促进SnCl4/C催化合成2,2-二羟甲基-1,3-丙二醇双缩醛(酮)

以活性炭负载SnCl4·5H2O为催化剂,利用微波技术合成8种2,2-二羟甲基-1,3-丙二醇双缩醛(酮),其中,2,2-二羟甲基-1,3-丙二醇双缩辛醛属新化合物.采用元素分析、傅里叶转换红外光谱(FTIR)和氢核磁共振1H NMR对产物进行表征.以苯甲醛与2,2-二羟甲基-1,3-丙二醇的缩合为模型反应对工艺条件进行优化,得其优化反应条件为催化剂负载量20%,催化剂用量0.25 g,2,2-二羟甲基-1,3-丙二醇4 g(30 mmol),苯甲醛66 mmol,微波功率600 W,辐射时间1.5 min,产率89.3%.     

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.     

乙酸对1，3-丙二醇发酵的影响

考察了克雷伯氏菌发酵生产1,3-丙二醇过程中，乙酸对发酵过程的影响。结果表明，在发酵初始培养基中加入微量的乙酸能够提高1，3－丙二醇的产量，但乙酸的添加会影响菌体生长，造成发酵液的菌体吸光度A下降。通过实验确定了乙酸的最优添加质量浓度为0.6g/L，此时1,3-丙二醇质量浓度为8.46g/L，转化率为0.62；在此浓度乙酸初始培养基中添加1.2g/L葡萄糖作为辅助底物将甘油转化率提高到0.66。     

甘油发酵生产1,3-丙二醇的菌种筛选

本实验室从上海地区的活性污泥中分离得到能使甘油转化产生1,3-丙二醇的细菌,经过初步筛选和GC-MS分析鉴定,得到一株转化率较高的菌株,随后对其发酵条件和培养基成分进行初步的探索,确定了较为优化的培养基配方．此菌株的甘油转化率达到47．3％．     

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.     

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。     

微生物连续发酵稳定模型的算法与收敛性

该文以微生物连续发酵制取1,3-丙二醇为实际背景,研究了以稳定性条件为主要约束的优化模型的算法及收敛性。以该优化模型的最优性函数等于零为结束准则,仿照Armijo一维线搜索方法确定步长,最速下降法确定搜索方向构造了优化算法,并进行收敛性分析。最后通过数值计算结果与实验数据的比较,说明稳定性条件下的优化模型比较准确地描述了实验过程,同时说明该算法正确、可行。     

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。     

pH调控方式对微囊包埋Klebsiella pneumoniae发酵的影响

考察了不控制pH、CaCO3调节pH和KOH调节pH情况下,NaCS/PDMDAAC微胶囊包埋的肺炎克雷伯氏杆菌Klebsiella pneumoniae ZJU5205的菌体生长、底物甘油的消耗和1,3-丙二醇的生成动力学,并同时测定了过程中pH的变化情况。结果表明,通过KOH调节pH,可获得最大菌体生长量和最大的1,3-丙二醇浓度。故对固定化肺炎克雷伯氏杆菌来说,有效调控pH对发酵过程有重要影响。     

Enhanced activity of yqhD oxidoreductase in synthesis of 1,3-propanediol by error-prone PCR

yqhD oxidoreductase was determined to be an NADP-dependent dehydrogenase,and was more active toward 3-HPA when compared to 1,3-propanediol oxidoreductase.To further improve enzyme activity towards 3-hydroxypropionaldehyde (3-HPA),error-prone PCR was implemented to mutant yqhD gene.Two mutants,D99QN147H and Q202A with increased catalytic and affinity efficiency,were obtained after one round of error-prone polymerase chain reaction.And the catalytic efficiency of the mutant D99QN147H was up to 4-fold greater than the wild enzyme (0.0375 min-1 mM-1 vs.0.0078 min-1 mM-1).The recombined strain containing pET28yqhD D99QNI47H yielded 28 g L-1 of 1,3-propanediol in the fed-batch LB cultures (1 L volume) with an initial 3-HPA concentration of 40 g L-1,which was higher than the 21 and 17 g L-1 of 1,3-propanediol from the mutant Q202A and the wild-type,respectively.Except for propionaldehyde,the optimal mutant D99QN147H also exhibited higher activity on a range of substituted aldehydes than the wild-type.