連續(xù)發(fā)酵復(fù)雜動力系統(tǒng)參數(shù)辨識與魯棒性分析.pdf

1、本文以甘油為底物、采用微生物歧化方法生產(chǎn)1，3-丙二醇的連續(xù)發(fā)酵過程為背景，基于連續(xù)發(fā)酵酶催化動力學(xué)模型，考慮胞外甘油在還原路徑中的三種不同的跨膜運(yùn)輸方式，建立連續(xù)發(fā)酵酶催化復(fù)雜動力系統(tǒng)，并研究系統(tǒng)的基本性質(zhì)?；蛘{(diào)控連續(xù)發(fā)酵動力系統(tǒng)的建立和研究為實(shí)驗(yàn)上采用基因敲除等技術(shù)培養(yǎng)高產(chǎn)量新菌種提供理論指導(dǎo)。本課題受到國家“十五”科技攻關(guān)計劃項目“發(fā)酵工程生產(chǎn)1，3-丙二醇”(編號為2001BA708801-04)和國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(86

2、3計劃)“生物柴油與1，3-丙二醇的聯(lián)產(chǎn)工藝”(編號為2007AA022208)的資助。此項研究將為實(shí)現(xiàn)1，3-丙二醇的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)，因此，該項目研究具有重要的理論意義與應(yīng)用價值。本論文的研究內(nèi)容與取得的主要結(jié)果可概括如下： 1、對還原路徑中克雷伯氏菌胞外甘油和胞內(nèi)1，3-丙二醇的跨膜運(yùn)輸機(jī)理進(jìn)行分析和推斷。在假設(shè)胞內(nèi)1，3-丙二醇的跨膜運(yùn)輸方式為主被動結(jié)合的條件下，分別考慮胞外甘油的三種不同的跨膜運(yùn)輸方式(主動、被動

3、、主被動結(jié)合)，根據(jù)米氏方程建立連續(xù)發(fā)酵酶催化復(fù)雜動力系統(tǒng)及其參數(shù)辨識模型，證明了系統(tǒng)的基本性質(zhì)(解的存在性和唯一性)和辨識模型的可辨識性。構(gòu)造優(yōu)化算法，依實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求得最優(yōu)辨識參數(shù)。辨識后的模型中1，3-丙二醇的計算值與實(shí)驗(yàn)值之間的相對誤差為30％左右，根據(jù)實(shí)際問題可知建立的模型適合描述連續(xù)發(fā)酵過程。 2、提出生物魯棒性分析方法。根據(jù)模型的穩(wěn)定性嚴(yán)格依賴于動力系統(tǒng)敏感參數(shù)的精確數(shù)值，從對參數(shù)進(jìn)行擾動的角度，建立定量的魯棒性能指標(biāo)