精酿啤酒分批发酵动力学模型研究

精酿啤酒具有口感纯正、新鲜、营养丰富的特点。为建立精酿啤酒分批发酵动力学模型,对发酵过程的动态平衡和定量关系进行较好地预测和控制,文章选择酵母菌生长、糖类基质消耗和乙醇生成3个主要发酵指标为对象,研究三者随发酵时间的变化规律,同时采用Origin软件,使用经典的DoseResp、SGompertz、Boltzmann等经验模型对发酵过程的数据进行非线性拟合,建立精酿啤酒分批发酵动力学模型。结果表明:在精酿啤酒分批发酵过程中,预测酵母菌生长、乙醇生成使用Boltzmann模型得到的模型拟合度较高;糖类基质的消耗使用DoseResp模型得到的模型方程拟合度较高;酵母菌生长、乙醇生成和糖类基质消耗的模型的R2分别为0.9865、0.9974和0.9992。所得到的分批发酵动力学模型可以为精酿啤酒分批发酵工艺的控制提供参考。

利用啤酒废酵母间歇发酵合成谷胱甘肽的研究

研究利用啤酒废酵母生产谷胱甘肽的目的是降低谷胱甘肽生产成本、提高啤酒废酵母附加值.研究考察了在2升通气搅拌罐中通气量、搅拌速度、初始葡萄糖浓度以及废酵母加入量对谷胱甘肽合成的影响.实验表明,好氧活化可以显著提高酵母细胞内的谷胱甘肽含量.由于啤酒废酵母的添加量较大,使得反应液中菌体浓度较高,发酵过程中保持较大的通气量和搅拌速率有利于提高细胞活性和促进谷胱甘肽的积累.通过实验确定了2L发酵罐中较佳的操作参数为搅拌速度500r@min-1,通气量6 L@L-1@min-1.过高的初始葡萄糖浓度对谷胱甘肽的合成有一定的抑制作用,比较合适的初始葡萄糖用量为加入的废酵母湿重的10%.废酵母加入量增大会导致胞内谷胱甘肽含量下降,但由于细胞干重的大幅度增加,在实验范围内,最终单位反应器体积的谷胱甘肽产量则随废酵母加入量增大而增大.实验表明,废酵母加入量在湿酵母为100～300g@L-1之间是合适的.

高发酵活力面包酵母的高产率流加培养策略研究

首先优化了面包酵母生产过程中分批培养阶段的操作条件，然后在连续培养实验的基础上，确定了面包酵母流加培养的最佳参数，并得出了发酵活力与比生长速率之间的关联式。根据这一关联式和指数流加培养模式，提出了两阶段控制比生长速度的流加培养策略。研究结果表明：采用初糖浓度为１５～３０ｇ／Ｌ、残糖控制浓度为３～６ｇ／Ｌ以及分阶段控制搅拌转速以提供不同的传氧速率；应用提出的流加培养策略进行面包酵母培养，在产率达到０４３２ｇ／ｇ的同时发酵活力达到１１８０ｍｌ。

面包酵母培养过程解析和流加模式研究

通过对面包酵母培养过程的解析，确定了分批培养中达到较大比生长速率和良好发酵活力的初糖浓度为２４．６ｇ／Ｌ；残糖控制浓度为４．０～６．０ｇ／Ｌ．采用连续培养方法作为研究手段，得出以糖蜜为限制性碳源基质的面包酵母培养动力学为ｕ＝０．６１１ｓ／（４．２０６＋ｓ）。提出了以最大转化率为目标并能获得优良发酵活力的面包酵母流加培养模式，并通过实验证明了培养模式的适用性。

流加发酵提高产胡萝卜素红酵母产量的研究

本文对产胡萝卜素的红酵母进行了间歇、恒速及变速流加发酵实验，建立了简单的数学模型控制流加。实验结果表明，变速流加可显著地提高红酵母的产量，当流加控制因子K为88×10－5，变速流水发酵比间歇发酵红酵母产量提高了56．2％。

反复分批发酵法生产甘油研究

研究了反复分批发酵法在耐高渗酵母生产甘油中的应用 ,通过对比可知 ,游离耐高渗酵母的反复分批发酵性能优于固定化耐高渗酵母的反复分批发酵 ,且在反复分批发酵 1 2个批次后 ,其发酵性能依然稳定。由对游离细胞反复分批发酵的动力学参数分析可知 ,反复分批发酵法之所以具有良好的发酵性能 ,主要是由发酵液中高的菌体密度决定的。

活性干酵母流加培养的动力学研究

研究了活性干酵母(ADY)流加培养的动力学,前期主要采用分批培养的形式,当总糖降至10 g.L-1时,进入补料流加阶段.通过动力学分析得到了2个不同阶段的模型方程,通过理论计算与试验数据的比较,表明该模型能较好地对培养过程进行描述.在流加培养的动力学模型的基础上,确定了优化补料的方程,在实际应用中可采取指数逼近的方法实现补料的优化流加.

2L搅拌发酵罐培养重组酵母的研究

在 2 L搅拌发酵罐中对一株表达 α-淀粉酶的重组酵母进行了发酵工程研究。探讨了高密度培养条件下 SCU2启动子控制的外源基因产物诱导表达方法 ;确定了基本底物的分段流加策略 ,并建立了基于指数关系的脉冲流加方式 ,对菌体增殖和α-淀粉酶表达水平起到了明显的促进作用 ;溶解氧实验表明 ,改善通气状况亦对提高产物表达水平有利。

线性减小比生长速率指数补料策略对酵母生产效率的改善

酵母的生产效率和成本在很大程度上依赖于培养模式。根据酵母的生长特性,提出了一种新的线性减小比生长速率指数补料（exponential-feeding based on linear reducing specific-growth-rate,LR-μ-EF）策略。首先,采用该策略进行抗冻酵母Saccharomyces cerevisiae AFY-1的3 L发酵罐培养试验,比较了培养过程中生物量的计算值和实验值。然后在此基础上,以最终生物量、收率和生产速度为酵母生产效率的评价指标,讨论了补料速度和累计补料体积对酵母生产效率的影响。当恒定比生长速率指数补料（constant-μexponential-feeding,C-μ-EF）培养阶段的比生长速率（μ）为0.05 h-1、LR-μ-EF培养阶段的μ减小速度为0.000 8 h-2时,生物量的实验值与计算值基本一致。在累计补料体积560 m L的条件下,最终生物量和酵母收率随着μ减小速度的增大而逐渐上升,当μ减小速度为0.000 8 h-2时分别达到77.5g/L和38.0%。这与μ减小速度为0（即C-μ-EF策略）时相比,分别增加了26.7%和27.5%。此外,酵母生产速度基本与μ减小速度无关,保持在0.8~0.9g/（L·h）范围。以上研究结果表明了LR-μ-EF策略改善酵母生产效率的能力,为酵母的工业化生产提供了有用信息。

甜高粱茎汁酒精分批发酵动力学研究

对南阳酵母NY-07017甜高粱茎汁酒精分批发酵动力学进行了研究。菌体生物量测定采用干重法,酒精产量测定采用国标蒸馏方法,残总糖浓度测定采用3,5-二硝基水杨酸(DNS)法。模型的建立引用经验模型,模型参数求解方法是根据试验数据,通过一元非线性回归对试验结果建立逻辑斯蒂方程,与经验模型联立,以矩阵线性方程求解。通过比较试验值与模型计算值,确定拟合程度。结果表明,模型拟合良好,所建模型较好地反映了甜高粱茎汁酒精分批发酵过程及其动力学机制。

酵母粉浓度对酸奶菌株发酵动力学参数的影响

详细分析了在乳清基质培养基中添加不同浓度酵母粉（0～15g／L）对酸奶菌株分批发酵动力学参数的影响，包括细菌数增长，乳糖消耗和乳酸生成。结果表明：较高的酵母粉浓度对菌株生长反而有一定抑制作用，适宜的酵母粉浓度为10g／L，该条件下德氏乳杆菌保加利亚亚种KLDS 1．9201乳糖转化率达到77％，乳酸终浓度为50g／L，增殖10h后的活菌数为1．96×10^9CFU／mL；唾液链球菌嗜热亚种KLDS 3．0201的乳糖转化率达到74％，乳酸终产量达到33g／L，发酵培养6h后的活菌数为2．52×10^9CFU／mL。

回用酵母发酵生产甘油

回用酵母发酵生产甘油的发酵周期比一次性菌种发酵短４０～６０ｈ，平均产甘油率（８４６％）、转化率（４１６％）与一次性菌种发酵相当．采用回用酵母、高营养、低初始糖浓度、分批补料的工艺，不仅发酵周期短，而且平均产甘油率达１００２％，转化率达４６％，残糖较低，因此，此工艺对目前许多甘油发酵厂家具有一定应用价值．

利用制糖废蜜流加培养酵母的动力学研究

研究了以廉价原料糖蜜流加培养酵母的生产工艺 ,确定了最佳工艺参数 ,并根据酵母在流加培养过程中比生长速率和耗糖速率的变化 ,对动态的糖流加工艺进行研究 ,得出了流加培养的动力学模型 ,然后通过流加培养过程中实际糖流加曲线对所提出的模型进行验证。研究结果表明 ,流加培养模型能较好地反映酵母流加培养过程中糖流加的规律 。

酵母菌半连续转化人参皂苷Rb1的条件优化

以单因素实验为基础,通过多因素方差分析实验对人参皂苷半连续转化的条件进行优化,选出最佳条件组合,得到最佳的补料方式,补料浓度为6%,补料体积为24mL,补料周期为12h,在此条件下人参皂苷Rb1生物转化达33.5%左右。在最佳补料条件下进行人参皂苷酵母菌转化,其稳定性好,转化率高,对工业生产有积极的推动作用。

酵母流加发酵过程中的模糊控制器

通过分析酵母发酵过程中的影响因素 ,建立了控制酵母发酵过程中流加速率的模糊控制器 .该模糊控制器的模糊规则可以根据专家经验方便地修改以提高控制效果 .实验表明在模糊控制器控制下酵母产量比恒速流加时提高了一倍 .

酵母流加发酵生产中乙醇浓度的在线测量

研制了乙醇浓度在线监测仪 ,并对其在酵母流加生产中的应用情况进行了考察 .结果表明 ,采用乙醇浓度反馈流加培养方式 ,细胞产率和发酵活力可分别达到 0 .4 1 6g/ g和 980～ 1 1 0 0mL ,显示出良好的应用前景 .

基于神经网络的酵母流加发酵过程最优重复控制新方法

本文提出了基于神经网络的酵母流加发酵过程最优重复控制的两种新方法,方法1 采用状态反馈控制律,用误差反传法学习过程和控制器神经网络参数。方法2 采用直接最优控制律,用误差反传法学习过程神经网络参数和控制作用,两种方法都具有很强的自适应能力,在控制方案实施时,采用了动态重复控制方式,使得本文控制方法具有类似于预测控制的优点,鲁棒性好,将其用于醇母流加发酵过程的优化控制,仿真结果令人满意,实验证明按最优流加轨线操作,可使产率提高26％,糖蜜消耗减少4％,本文方法为那些用传统方法难以建模的生化过程的优化控制提供了一条新途径。

面包酵母流加发酵生产过程的投入产出优化

以某酵母厂实际生产过程为背景,对面包酵母流加发酵生产进行了总体效益优化仿真。优化仿真是以作者早期建立的面包酵母代谢-循环模型系统为基础的。效益函数是单位时间内过程产出产品的价值与总投入价值之差。仿真结果表明,在给定的价格体系下,欲使总体效益函数取得极大值,各操作变量,如补料速度、补料浓度、通气量和发酵周期等,均存在最优操作区域。

玉米皮水解液发酵生产饲料酵母的研究

本文研究了玉米皮水解液发酵生产饲料酵母的摇瓶间歇培养和分批补料培养条件 ,进行了10L反应器分批补料培养试验。研究结果表明 :间歇培养的适宜底物浓度为2 %糖浓度和7 %麸皮水 ,摇瓶间歇培养和分批补料培养的酵母浓度分别达到10.9g/L和21.6g/L ,10L反应器分批补料培养的酵母细胞浓度达20.7g/L。

溶氧量对以玉米培养基流加培养生产酵母的影响

本文通过以玉米为培养基流加培养生产酵母过程中,用控制通氧的方法研究溶氧量对酵母细胞浓度和酵母细胞生长速率的影响,得出通氧量的控制与酵母生长的关系。结论为:溶氧量达到50%的时候,酵母细胞产率最大,达到38%。