高浓度酒精连续发酵过程中振荡行为的模拟及填料弱化振荡的机理

摘要

在利用酿酒酵母进行高浓度酒精连续发酵中,观察到了一种持久稳定的振荡现象,表现为当严格控制发酵参数时,发酵罐中残糖浓度、酒精浓度和生物量浓度呈现大幅度的周期性波动.前期研究工作推测,细胞对环境胁迫的延迟反应是引起这种振荡行为的主要原因之一,并发现填料具有弱化这种振荡行为的作用,但描述这种振荡行为的动态模型尚未建立,填料弱化振荡的机理也尚不清楚.通过引入时滞加权函数,建立了预测高浓度发酵(VHGF)条件下振荡行为的过程动态模型.并在前期实验研究基础上,分别采用3种性质不同的填料,通过考察其弱化振荡行为的差异,在一定程度上揭示填料对振荡行为弱化作用的机理.实验结果表明:采用木块填料能明显地弱化振荡现象,金属丝网环和聚氨酯填料则不能弱化振荡现象;填料弱化振荡现象的原因与酵母细胞生长微环境的改变有关;利用聚氨酯作为填料能显著提高反应器中的生物量浓度,从而显著提高反应器系统的设备生产强度指标.