生物乙醇连续发酵中振荡过程的调控方法研究

The bioethanol is an important renewable energy. The demand of bioethanol is high, but high production cost restricted the widely production of bioethanol. Increasing product concentration to reduce energy consumption is the major research area to reduce production cost. Compared to Saccharomyces cerevisiae, Zymomonas mobilis has better cost advantage in continuous fermentation process of ethanol because of higher product conversion rate and lower energy consumption, but the multistability and oscillation phenomenon in this process reduce the product concentration and process stability. It is important to study the oscillation phenomenon in Zymomonas mobilis continuous fermentation. First, establish the identification method to locate the operation condition point where oscillation phenomenon occurred. Secondly, construct quantified method to represent characterization of the oscillation impact on process stability and product conversion, after that build the regulation method of the oscillation process. Finally, formulate nonlinear constrained programming model to calculate optimized process design. The study would contribute to improvement in stability of the continuous fermentation process and design a bioethanol continuous fermentation process with better economics.

生物乙醇是一种重要的可再生能源，在我国的需求量巨大，但是高生产成本制约了生物乙醇的大规模生产使用。提高发酵产物中乙醇浓度减少生产能耗是降低生产成本的主要研究方向。与酿酒酵母相比，运动发酵单胞菌乙醇连续发酵过程的产物转化率更高生产能耗更低，具有更好的成本优势，但其中存在的多稳态及振荡现象不利于该过程的高效平稳运行。本课题深入研究运动发酵单胞菌乙醇连续发酵中振荡过程对产物转化率的影响，建立准确完备的识别发酵体系中引发振荡过程的操作点的算法；通过研究发酵体系中不同振荡过程的特性，提出量化表征振荡过程对产物转化率影响的方法，构建针对振荡过程的调控方法；最终建立非线性约束规划模型，计算得到优化设计方案。本课题的研究成果将进一步揭示生物乙醇连续发酵中振荡过程与操作参数设计参数之间的内在联系的规律，从而设计出具有更好经济效益的生物乙醇连续发酵过程。

生物乙醇是一种重要的可再生能源，提高发酵产物中乙醇浓度减少生产能耗是降低生产成本的主要研究方向。运动发酵单胞菌乙醇连续发酵过程乙醇转化率高生产能耗低，具有更好的成本优势，但其中存在的多稳态及振荡现象不利于该过程的高效平稳运行。本课题深入研究了运动发酵单胞菌乙醇连续发酵中的振荡过程对产物转化率的影响，建立了准确完备的识别乙醇发酵体系中引发振荡过程的操作点的方法，通过研究发酵体系中不同振荡过程的特性，提出量化表征振荡过程对产物转化率影响的方法，构建针对振荡过程的调控方法，最终建立非线性约束规划模型，计算得到优化设计方案。在给项目的资助下，结合上述研究内容，总共发表SCI论文6篇，核心论文2篇，撰写专著1本，受邀编写图书章节2章，申请发明专利1项。通过本课题的研究成果，将进一步揭示生物乙醇连续发酵中振荡过程与设计及操作参数之间内在联系的规律，必将为设计出具有更好经济性的生物乙醇连续发酵过程提供理论基础。