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基于不同跨膜方式的微生物连续发酵参数辨识

作　者: 焦明敏
导　师: 李晓红
学　校: 辽宁科技大学
专　业: 运筹学与控制论
关键词: 连续发酵参数辨识粒子群优化算法
分类号: TQ923
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 18次
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内容摘要

本文以微生物连续发酵生产1,3-丙二醇（1,3-PD）为背景，根据连续发酵过程的特征和代谢反应途径，为讨论甘油、1,3-丙二醇的跨膜运输方式和中间产物对两种酶的作用，首先分别建立了带有胞内底物和产物浓度变化的动力学系统模型，其次分析了动力系统的性质、解的存在唯一性以及对参数的连续依赖性，最后建立参数辨识模型，并用改进的粒子群算法进行求解。本文的具体研究内容如下：首先假设中间产物3-羟基丙醛（3-HPA）对微生物比生长速率的影响不存在，3-HPA对两种关键酶的影响一直存在，在已有的微生物连续发酵酶催化动力系统的基础上，对甘油、1,3-PD的跨膜运输方式分九种情况进行讨论，分别改进了具有酶促反应的连续发酵非线性动力系统，并讨论了非线性系统的性质，证明了动力系统解的存在性以及解关于参数的连续依赖性和可微性，然后以计算值与实验测试值之间的误差为性能指标，以动力系统为状态约束，建立参数辨识模型，并用改进的粒子群算法进行求解。通过对数值计算结果的分析比较，得出关于跨膜运输方式的结论：甘油的跨膜运输方式是被动，1,3-PD的跨膜运输方式是主动运输与被动运输相结合。其次，在上面得到的结论“甘油的跨膜运输方式是被动，1,3-PD的跨膜运输方式是主动运输与被动运输相结合”基础上，讨论3-HPA对两种酶的作用，建立模型并用改进的粒子群算法求解参数。计算结果表明：在目前的技术条件下，3-HPA对两种酶的作用对整个模型的影响不明显。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
1. 绪论  9-14
  1.1 微生物法的研究背景和意义  9-10
  1.2 微生物法的研究概况  10-12
    1.2.1 微生物发酵方法  10
    1.2.2 微生物发酵中所使用的数学方法  10-11
    1.2.3 参数辨识问题  11-12
  1.3 系统生物学的研究现状  12
    1.3.1 研究系统生物学的方法  12
    1.3.2 系统生物学的基本流程  12
  1.4 本文的主要工作  12-14
2. 预备知识  14-22
  2.1 本文所用到的理论、方法  14-17
    2.1.1 常微分方程的几条定理和性质  14-15
    2.1.2 系统数学模型和参数辨识方法简介  15-16
    2.1.3 群智能优化算法  16
    2.1.4 粒子群优化算法  16-17
  2.2 常用的几种速度函数  17-19
    2.2.1 酶催化速度函数  17-18
    2.2.2 细胞增长速度函数  18
    2.2.3 物质跨膜运输速度函数  18-19
  2.3 甘油发酵胞内代谢机理  19-22
3. 原有微生物连续发酵动力学模型  22-27
  3.1 微生物连续发酵过量动力学模型  22-24
  3.2 酶催化微生物连续发酵动力学模型  24-27
4. 基于不同跨膜方式的微生物连续发酵参数辨识  27-50
  4.1 改进的微生物连续发酵模型  27-38
  4.2 连续发酵复杂动力系统的性质  38-42
  4.3 参数辨识模型的数值算法和结果  42-50
    4.3.1 微生物连续发酵动力系统参数辨识模型  42-43
    4.3.2 参数辨识模型算法与参数辨识结果  43-50
5. 关于3-HPA对酶影响的讨论  50-53
  5.1 3-HPA 对两种酶的影响不同假设下的模型  50-52
  5.2 数值计算结果  52-53
6.结论与展望  53-54
参考文献  54-57
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  57-58
致谢  58-59
作者简介  59-60

基于不同跨膜方式的微生物连续发酵参数辨识

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