用克雷伯氏菌批式流加发酵法生产1,3-丙二醇

通过对克雷伯氏菌在 7L发酵罐中厌氧间歇发酵甘油生产 1,3 丙二醇的实验研究 ,建立了一种与 pH调节相偶联的批式流加甘油发酵策略。考察了不同甘油维持浓度条件下的流加方式及不同培养方式对 1,3 丙二醇产率的影响。结果表明 ,甘油质量分数维持在 2 %的流加方式有利于 1,3 丙二醇的发酵生产 ,其在 30 5h内消耗甘油 2 80 g ,得到 1,3 丙二醇152 6 g ,摩尔转化率 6 5 5% ,生产强度 0

微生物批式流加发酵非线性系统及其参数辨识

为研究微生物批式流加发酵生产1,3-丙二醇的动力学模型.采用分阶段描述的方法,考虑细胞内甘油、3羟基丙醛、1,3丙二醇的浓度变化,将整个批式流加发酵过程分成若干个间歇和连续流加的阶段.在连续流加阶段,将流加速度看成是随时间变化的函数,依此改进非线性动力系统,分析系统的性质.最后建立参数辨识模型,利用粒子群算法求解.数值计算结果表明:改进后的模型的平均相对误差比现有文献降低3%~5%.这说明改进后的非线性多阶段动力系统比较适合描述微生物批式流加发酵过程.

微生物批式流加发酵多阶段最优控制的最优性条件(英文)

在微生物批式流加发酵生产1,3-丙二醇(1,3-PD)过程中,关键是如何控制甘油和碱的流加速度.本文将流加速度看成一个随时间变化的控制函数,提出一个带控制的多阶段动力系统描述批式发酵过程,并证明了系统的一些性质.以终端时刻1,3-PD的生产强度最大为性能指标,以上述动力系统和连续状态不等式为约束条件建立了最优控制模型,最后利用不可微优化理论得到了最优控制问题的最优性条件,并证明了最优性条件和最优性函数零点的等价性.

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。

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。

微生物批式流加发酵过程中的时滞最优控制

考虑到1, 3-丙二醇(1, 3-PD)批式流加发酵过程中的时滞现象,提出一个非线性时滞微分方程来描述该过程.以终端时刻1, 3-PD的单位时间产量作为性能指标,同时,以甘油和碱的流加速度、发酵过程的终端时刻作为控制向量,建立一个含控制和状态约束的时滞最优控制模型.为了求解该最优控制问题,首先通过时间尺度变换,将该最优控制问题转化为具有固定终端时刻的等价最优控制问题;然后,应用控制参数化方法,将等价的最优控制问题用一系列有限维优化问题来近似;最后,构造一种改进的粒子群优化方法来求解相应的近似优化问题.数值结果表明,终端时刻的1, 3-PD的单位时间产量比已有结果提高了约58%.

一类非耦联批式流加发酵混杂系统的最优控制

针对一类微生物发酵生产1,3-丙二醇(1,3-PD)问题,综合考虑细胞内、外各物质浓度的变化,给出了非耦联批式流加发酵非线性混杂动力系统模型,以碱和甘油的流加速率为控制变量,以终端时刻1,3-PD浓度最大为性能指标,建立了非耦联批式流加发酵切换最优控制模型.应用粒子群优化算法对模型进行求解,通过大规模优化计算得到了甘油和碱的最优流加策略.数值结果表明依该流加策略,可以有效提高终端时刻1,3-PD的浓度.

微生物批式流加发酵脉冲系统的参数辨识及稳定性

针对微生物批式流加发酵生产1,3-丙二醇的非线性脉冲系统,建立敏感参数的优化辨识模型(PDP),论述了模型解的性质、解与参量的关系以及辨识问题最优解的存在性.通过构造算法求得辨识问题最优解,并讨论了新参数下脉冲系统解的稳定性.

一类基因调控批式流加发酵的时滞切换系统多目标优化

针对一类非耦联批式流加发酵生产1,3-丙二醇(1,3-PD)问题,综合考虑反应过程中存在的时间延迟及dha调节子的调控作用,得到了一个含细胞内外要素及调节子等各物质浓度变化的非线性时滞切换系统.为最大化1,3-PD产量的同时提高甘油的转化率,以甘油和碱的流加速率、切换时刻为决策变量,建立了包含时滞切换系统和状态不等式约束的多目标优化模型.利用Normal Constraint(NC)方法,将多目标优化转化为一系列单目标优化问题,讨论了含多个时滞量的梯度计算公式,构造了基于序列二次规划方法的数值优化算法(MPA-SQP).通过大规模优化计算.得到了有参考价值的Pareto解.

基因调控非耦联批式流加发酵切换系统的路径辨识

针对一类非耦联批式流加发酵生产1,3-丙二醇(1,3-PD)问题,综合考虑细胞内外环境、dha调节子的调控作用以及细胞内中间代谢产物3-羟基丙醛(3-HPA)对甘油脱水酶(GDHt)可能的抑制方式,建立了一个包含四条路径及四种切换模式的16维非线性切换系统模型.给出了状态变量关于参数的鲁棒性定义,并以胞外状态变量的计算值与实验值的相对误差、胞内状态变量的鲁棒性为性能指标,建立了一个非耦联批式流加发酵参数辨识模型.分析了系统状态对参数的灵敏度,基于此给出了性能指标与状态约束关于参数的梯度公式.构造了改进的并行粒子群一序列二次规划算法(PPSO-SQP).应用该算法,对辨识模型进行了数值求解,得到了数值最优的系统参数及3-HPA最可能的抑制方式.

微生物批式流加发酵生产1,3-丙二醇过程的优化

本文考虑了微生物批式流加发酵生产1,3-丙二醇的过程优化问题.用非线性切换系统描述拙式流加发酵过程.考虑终端时刻1,3-丙二醇的浓度最大化,给出了以甘油流加速度和流加时刻为控制变量的带有连续状态变量不等式约束的最优控制问题.应用时间转换方法处理变动切换时刻,应用惩罚函数和障碍函数方法处理连续状态变量不等式约束,然后基于梯度最优化算法和粒子群优化算法给出计算方法.