基于动态代谢通量分析的发酵过程建模与优化

发布时间：2024-03-31 20:20

　　在现代生物技术的发展历程中,发酵过程是实现生物技术产业化的重要环节。当代发酵工程技术融合了代谢工程、基因工程等,已在食品、化工与医药领域取得了巨大成就。建立准确有效的发酵过程模型是实现控制、优化与过程监测的关键前提。现阶段通常采用动力学模型或智能化模型,此类模型均描述了发酵过程的近似宏观特性,而微生物生长过程错综复杂,现有模型缺少对发酵代谢机理的分析与利用,无法利用宏观操作变量调控微观元素。本文根据代谢网络信息提出了一种基于动态代谢通量分析(Dynamic Metabolic Flux Analysis,DMFA)的发酵过程建模与优化策略。具体研究内容如下:(1)代谢网络的通量分布求解。代谢通量是构成细胞生理学的重要因素,决定了细胞的生化特征,论文采用DMFA方法对代谢网络中的通量分布进行定量分析。首先根据非稳态特征建立通量均衡方程,同时将代谢通量描述为一组自由通量的组合,再引入一个DMFA时刻的概念,在各时间区间内对自由通量进行分段线性化,获得基于时间序列的代谢通量函数,并采用最小二乘方法进行求解。最后通过青霉素仿真实验和赖氨酸小试规模实验对DMFA方法进行验证。(2)通过建立宏观操...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1典型发酵生产流程

第一章绪论第一章绪论1.1课题研究背景及意义我国微生物发酵行业随着产业结构的调整、工业规模的不断扩大，结晶葡萄糖、柠檬酸、味精、赖氨酸、麦芽糖等大宗产品产量已居世界首位，贸易量全球领先，木糖醇、酵母、酶制剂等产品正处于稳定发展阶段[1]。典型发酵生产流程如图1-1所示，....

图1-2微生物发酵过程典型生长曲线

建模方法研究现状特征是特定菌种在微生物活细胞作用下进行的一系列生化反应，最终常采用分批发酵的操作方式。细胞所具有的生物活性导致发酵过。随着细胞的生长和繁殖，环境变化、酶活性变化、基因变异等生巨大影响[12]，使可测量状态参数、不可测胞内参数均随时间的时变性和不确定性。。生物反应器....

图1-3MFA方法和FBA方法原理示意图

江南大学硕士学位论文了生物化学信息，在发酵工业中逐渐得到了研究和应用。代速率，即代谢通量，是构成细胞生理学的重要因素。对于胞确分析是代谢工程研究中一个重要环节，能够对控制反应途状起到关键作用[37]。现阶段，代谢通量的量化方法主要包括xAnalysis，MFA)方法[38]、通....

图2-1简化细胞代谢网络该代谢网络共包含以下7个化学反应方程式：

第二章发酵过程代谢通量分析示一个简化的细胞代谢网络，图中方框表示细胞壁，A、B、，A[e]、B[e]、C[e]表示三种胞外代谢物，1v、2v、3v、4v表示、2b、3b表示胞内代谢系统与外界环境进行物质交换过程中理解为营养物质的摄入率，2b可理解为目标产物的生成....

本文编号：3944449