Logistic模型在不同还原糖初始浓度乙醇发酵中的应用

doi:10.13523/j.cb.20171011

中国生物工程杂志

2017, Vol. 37

Issue (10): 81-85 DOI: 10.13523/j.cb.20171011

技术与方法

Logistic模型在不同还原糖初始浓度乙醇发酵中的应用

王景胜, 王秋峰, 李勇, 刘燕, 张先楚, 李波, 董青山, 刘钺

河南天冠企业集团有限公司车用生物燃料技术国家重点实验室南阳 473000

The Application of Logistic Equation to Simulate Ethanol Fermentation in Different Initial Concentration Reducing Sugar

WANG Jing-sheng, WANG Qiu-feng, LI Yong, LIU Yan, ZHANG Xian-chu, LI Bo, DONG Qing-shan, LIU Yue

Hennan TianGuan Group Co., Ltd., State Key Laboratory of Motor Vehicle Biofuel Technology, Nanyang 473000, China

全文: PDF(502 KB) HTML

摘要： 酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）利用可发酵性糖生成乙醇的过程与效率受多种环境因素的影响。研究乙醇形成的动力学有利于理性认识乙醇形成机理，为放大与优化工艺条件提供理论指导。对Logistic模型方程重新参数化，将酵母生长动力学方程类比乙醇生成动力学，拟合性很好，对不同初始浓度还原糖的乙醇同步糖化发酵过程进行Logistic模型方程模拟，给出了乙醇浓度的显式函数模型，用310g/L玉米粉物料浓度的同步糖化发酵工艺，首次揭示在酿酒酵母工业菌株能够承受的一定的糖化醪还原糖浓度范围内，尽可能提高还原糖浓度至上限，可以缩短发酵周期，提高可发酵性糖转化为乙醇的转化率。这对于优化乙醇工业生产工艺条件、提高生产效率具有较重要的实践指导意义与应用价值。

关键词： 发酵; 动力学; 玉米; 乙醇; Logistic模型

Abstract: Many environmental factors have a great effect on the process and efficiency for converting fermentable sugar into ethanol by Saccharomyces cerevisiae. Studies on the kenetics of the ethanol formation are benefit for understanding the ethanol fermentation mechanisms. It can provide a theoretical basis for the amplification and optimization of the ethanol production process. Ethanol fermentation kinetics in many literatures are based on cell growth model, which include the models of ethanol production, these kind models have more variables. Simultaneous saccharification and ethanol fermentation with different reducing sugar initial concentrations was simulated by Logistic equation model. The display function model of ethanol concentration was given. The results showed that:in the ethanol process of simultaneous saccharification and fermentation with 310g/L corn flour material, the fermentation time could be shortened and the efficiency for converting fermentable sugar into ethanol could be raised by increasing the concentration of the initial reducing sugar.

Key words: Ethanol Logistic model Corn Fermentation Kinetic

收稿日期: 2017-08-06 出版日期: 2017-10-25

ZTFLH:

Q819

基金资助: 国家科技支撑计划资助项目（2012BAI44G00）

通讯作者: 李勇,15638989718@163.com E-mail: 15638989718@163.com

	服务
	把本文推荐给朋友
	加入引用管理器
	E-mail Alert
	RSS
	作者相关文章
	李波
	董青山
	王秋峰
	王景胜
	李勇
	刘燕
	张先楚
	刘钺

引用本文:

王景胜, 王秋峰, 李勇, 刘燕, 张先楚, 李波, 董青山, 刘钺. Logistic模型在不同还原糖初始浓度乙醇发酵中的应用[J]. 中国生物工程杂志, 2017, 37(10): 81-85.

WANG Jing-sheng, WANG Qiu-feng, LI Yong, LIU Yan, ZHANG Xian-chu, LI Bo, DONG Qing-shan, LIU Yue. The Application of Logistic Equation to Simulate Ethanol Fermentation in Different Initial Concentration Reducing Sugar. China Biotechnology, 2017, 37(10): 81-85.

链接本文:

https://manu60.magtech.com.cn/biotech/CN/10.13523/j.cb.20171011 或 https://manu60.magtech.com.cn/biotech/CN/Y2017/V37/I10/81

[1]	刘钺, 杜风光. 燃料乙醇在我国油品升级中的替代研究. 酿酒科技, 2016,10:37-39. Liu Y, Du F G. Replacement of fuel ethanol in oil products upgrading in China. Liquor-Making Science & Technology,2016,10:37-39.
[2]	常春, 王铎, 王林风, 等. 高底物浓度纤维乙醇同步糖化发酵工艺的比较. 化工学报, 2012,63(3):935-940. Chang C, Wang D, Wang L F, et al. Comparative study on processes of simultaneous saccharification and fermentation with high solid concentration for cellulosic ethanol production. CIESC Journal, 2012,63(3):935-940.
[3]	张晓阳, 李余动, 吴雪昌. 酿酒酵母的"组学"技术研究进展及其在工程菌株构建中的应用. 中国生物工程杂志, 2011,(8):139-144. Zhang X Y, Li Y D, Wu X C, et al. Research progress of "omics" technologies and its application in construction of engineering strain of Saccharomyces cerevisiae. China Biotechnology, 2011,(8):139-144.
[4]	杨小健, 殷绚, 欧阳平凯. 乙醇发酵过程模型及模拟优化研究进展. 化工进展, 2008,27(12):1861-1867. Yang X J, Yin X, Ouyang P K. Progress of modeling and simulation of ethanol fermentation. Chemical Industry And Engineering Progress, 2008,27(12):1861-1867.
[5]	关晓男. 乙醇同步糖化发酵动力学模型的研究.哈尔滨:哈尔滨工程大学, 材料科学与化学工程学院, 2012. Guan X N. Research on kinetic model for ethanol simultaneous saccharification and fermentation. Harbin:Harbin Engineering University, College of Materials Science And Chemical Engineering, 2012.
[6]	Ricker W E. 11 Growth rates and models. Fish Physiology, 1979,8(08):677-743.
[7]	郭军英. 关于血球计数板的使用及注意事项. 教学仪器与实验, 2009,25(4):26-28. Guo J Y. Matters needing attention about the use of blood counting ehamber. Educational Equipment and Experiment, 2009,25(4):26-28.
[8]	王俊刚, 张树珍, 杨本鹏, 等. 3,5-二硝基水杨酸(DNS)法测定甘蔗茎节总糖和还原糖含量. 甘蔗糖业, 2008,5:45-49. Wang J G, Zhang S Z, Yang B P, et al. Application of 3,5-dinitrosalicyIic acid(DNS)method to test the reducing sugar and water-soluble total sugar content in sugarcane internodes. Sugarcane And Canesugar, 2008,5:45-49.
[9]	于鲁浩, 杨俊慧, 孟庆军, 等. 玉米粉中淀粉含量的快速测定方法. 山东科学, 2012,25(1):19-23. Yu L H, Yang J H, Meng Q J, et al. Fast determination of maize starch content in cornflour. Shandong Science, 2012,25(1):19-23.
[10]	章克昌. 酒精与蒸馏酒工艺学. 北京:中国轻工业出版社, 1995. Zhang K C. Alcohol and Distilled Spirits Technology. Beijing:China Light Industry Press, 1995.
[11]	Phisalaphong M, Srirattana N, Tanthapanichakoon W. Mathematical modeling to investigate temperature effect on kinetic parameters of ethanol fermentation. Biochemical Engineering Journal, 2006,28(1):36-43.
[12]	丁乾坤. 酒精发酵产物动力学模型的研究. 哈尔滨:哈尔滨工程大学, 材料科学与化学工程学院, 2012. Ding Q K. Research on kinetic product model for ethanol fermentation. Harbin:Harbin Engineering University, College of Materials Science and Chemical Engineering, 2012.
[13]	岳国君, 刘文信, 刘劲松, 等. Logistic模型模拟乙醇发酵产物动力学. 农业工程学报, 2015,5:280-286. Yne G J, Liu W X, Liu J S, et al. Product kinetics of logistic model to simulate ethanol fermentation.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,2015,5:280-286.
[14]	唐艳艳, 易弋, 伍时华, 等. 木薯粉浓醪酒精同步糖化发酵工艺研究. 安徽农业科学, 2010,23:12690-12692. Tang Y Y, Yi G, Wu S H, et al. Investigation on synchronous saccharification and alcohol fermentation technology of concentrated mash of cassava flour. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2010,23:12690-12692.

[1]	梁晋刚,张旭冬,毕研哲,王颢潜,张秀杰. 转基因抗虫玉米发展现状与展望^*[J]. 中国生物工程杂志, 2021, 41(6): 98-104.
[2]	翟君叶,成旭,孙泽敏,李春,吕波. 毛蕊花糖苷的生物合成研究进展[J]. 中国生物工程杂志, 2021, 41(5): 94-104.
[3]	高寅岭,张凤娇,赵贵众,张宏森,王风芹,宋安东. 衣康酸发酵研究进展[J]. 中国生物工程杂志, 2021, 41(5): 105-113.
[4]	尹泽超,王晓芳,龙艳,董振营,万向元. 玉米穗腐病抗性鉴定、遗传分析与分子机制^*[J]. 中国生物工程杂志, 2021, 41(12): 103-115.
[5]	何伟,祝蕾,刘欣泽,安学丽,万向元. 玉米遗传转化与商业化转基因玉米开发^*[J]. 中国生物工程杂志, 2021, 41(12): 13-23.
[6]	杨梦冰,江易林,祝蕾,安学丽,万向元. CRISPR/Cas植物基因组编辑技术及其在玉米中的应用^*[J]. 中国生物工程杂志, 2021, 41(12): 4-12.
[7]	秦文萱,刘鑫,龙艳,董振营,万向元. 玉米叶夹角形成的遗传基础与分子机制解析^*[J]. 中国生物工程杂志, 2021, 41(12): 74-87.
[8]	王锐璞,董振营,高悦欣,龙艳,万向元. 玉米籽粒淀粉含量遗传基础与调控机制^*[J]. 中国生物工程杂志, 2021, 41(12): 47-60.
[9]	马雅杰,高悦欣,李依萍,龙艳,董振营,万向元. 玉米株高和穗位高的遗传基础与分子机制^*[J]. 中国生物工程杂志, 2021, 41(12): 61-73.
[10]	梁爱玲,刘文婷,武攀,李倩,高健,张洁,刘卫东,贾士儒,郑迎迎. 来源于Exophiala aquamarina的新型玉米赤霉烯酮水解酶的性质及底物结合中心关键氨基酸的功能研究^*[J]. 中国生物工程杂志, 2021, 41(10): 19-27.
[11]	杨娜,吴群,徐岩. 解淀粉芽孢杆菌合成surfactin的发酵策略优化 ^*[J]. 中国生物工程杂志, 2020, 40(7): 51-58.
[12]	王泽建,栗波,王萍,张琴,杭海峰,梁剑光,庄英萍. 葡萄糖和麦芽糖碳源底物对粪产碱杆菌合成凝胶多糖的胞内代谢流影响^*[J]. 中国生物工程杂志, 2020, 40(5): 30-39.
[13]	董璐,张继福,张云,胡云峰. 环氧树脂固定化的Bacillus sp. DL-2胞外蛋白酶在拆分(±)-乙酸苏合香酯中的应用 ^*[J]. 中国生物工程杂志, 2020, 40(4): 49-58.
[14]	王蒙,张全,高慧鹏,关浩,曹长海. 生物发酵法制备木糖醇的研究进展 ^*[J]. 中国生物工程杂志, 2020, 40(3): 144-153.
[15]	崔自红,季秀玲. 细菌-噬菌体对抗性共进化研究进展 ^*[J]. 中国生物工程杂志, 2020, 40(1-2): 140-145.

Viewed

Full text

Abstract

Cited

Shared

Discussed