丁酸梭菌发酵生产1,3-丙二醇的新动力学模型

发布日期:2019-4-23     浏览次数:789次    发布者:刘春英    

方柏山教授课题组在建立丁酸梭菌发酵生产1,3-丙二醇的动力学模型研究上取得新进展,相关成果以“A novel kinetic model to describe 1,3-propanediol production fermentation by Clostridium butyricum为题在线发表于AIChE JournalDOI: 10.1002/aic.16587)。

1,3-丙二醇(1,3-PDO)是一种重要的工业原料,在聚合物、生物可降解材料领域有着广泛应用。作为1,3-PDO的天然生产菌株,丁酸梭菌(C. butyricum)凭借其厌氧培养体系和生物安全性等优势获得了广泛的关注和研究。

课题组前期的研究发现,现有的发酵动力学模型并不适用于丁酸梭菌的厌氧发酵过程。因此本研究致力于建立一个包含菌体死亡、底物抑制、产物抑制、副产物抑制等因素在内的新动力学模型来分析和描述C. butyricum发酵甘油生产1,3-PDO过程中的动力学行为。从Monod方程出发,构建了一个较为全面描述C. butyricum分批发酵过程的动力学方程,并基于2种不同底物浓度下C. butyricum分批发酵实验数据,估算了模型参数,相比于已经报道的动力学方程,该方程包含了多种新的动力学参数。并且该方程还可用于其他初始底物浓度下分批发酵过程的描述。在此基础上,进一步建立适用于分批补料的动力学模型,并用此模型预测分批补料发酵的过程。结果表明,当甘油浓度控制在10 g/L时,该模型能够很好地预测实验结果。该模型是一个更加完善、准确的动力学模型,可以进一步用于发酵过程优化和发酵过程动力学行为分析。

该研究工作是在方柏山教授和姚传义副教授的指导下,主要由博士生张瑷珲(第一作者)完成。研究工作得到国家自然科学基金(项目批准号:2133600921736009)的支持。

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      不同底物浓度下1,3-丙二醇分批发酵过程的动力学模型和实验数据

Time course of 1,3-PDO batch fermentation in mathematical model and experiment with different concentration of glycerol

 

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aic.16587