[發明專利]基于代謝產物測量的微生物生長過程評估模型

在審

• 申請號: 201811298043.7
• 申請日: 2018-10-28
• 公開（公告）號: CN109256176A
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發明（設計）人: 張杭鍵;龔佳儀;黃欣;丁奕妍;田賢立;徐穎;邵杰
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: G16B5/00
• 分類號: G16B5/00;G16B45/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于代謝產物測量的微生物生長過程評估模型，其特征在于，包括建立基于代謝產物測量的微生物四階段生長模型的步驟以及對模型擬合度評估步驟及參數優化步驟；

其中，建立基于代謝產物測量的微生物四階段生長模型的步驟為根據微生物代謝產物與種群數量的耦合關系，反演出微生物完整的四個階段的生長曲線，使用微生物代謝產物累積曲線指數生長期的最大生長速率、初始培養瓶代謝產物的濃度、進入遲滯期等物理參數經驗值為建模工具的輸入變量，建立并修正得出高精度的微生物的完成生長過程模型；

模型精度評估及優化步驟包括：連續、實施測量微生物生長過程中產生的代謝產物濃度信息，根據代謝產物的積累量與微生物生長速率的耦合關系，給每個物理參數設定一個初始值，當設定參數模擬得到的生長曲線與實驗數據的差值大于擬合優度值時，對模型表達式中的物理參數進行調整優化。

2.根據權利要求1所述的一種基于代謝產物測量的微生物四階段生長建模方法，其特征在于，建立微生物生長模型的步驟進一步包括：

步驟A1：根據理論，確定微生物代謝產物含量與種群數量耦合關系的式子，分析出微生物生長的特征量；

步驟A2：采取μ_max1，μ_max2(分別為指數生長期以及死亡期的最大生長速率)、λ₁，λ₂-λ₁(分別為遲滯期時間以及微生物生長穩定期結束進入死亡期時間)、|C|＝C_MAX-C₀(微生物活體細胞增長數)，B₀(微生物代謝產物的初始量)為模型中的特征變量，在原有函數的基礎上對生長曲線模型進行二次建模。

步驟A3：經過反復的實驗，提取微生物代謝產物濃度信息，對模型的物理參數進行修正，獲得代謝產物對微生物生長量的影響規律，使所建立的理論模型與實際數據相吻合，進而提高微生物生長參數的反演精度。

3.根據權利要求1所述的一種基于代謝產物測量的微生物四階段生長建模方法，其特征在于，能夠直接定量描述微生物四個階段生長過程曲線的模型。本模型利用一個平滑的過渡的單元函數f(t)，它決定了微生物生長曲線中遲滯期的長短，并且將微生物生長遲滯期至穩定期的過程表述為一個連續函數：

當t＜＜E時，f(t)＝0，當t＞＞E時，f(t)＝1，當t處于0到E之間并靠近E時，f(t)將逐步從0變成1。此時，微生物生長曲線變為

同理，微生物生長死亡期可表述為：

因此完整的微生物生長曲線可以表述為：

4.根據權利要求1所述的一種基于代謝產物測量的微生物四階段生長建模方法，其特征在于，

模型精度評估步驟中，對微生物生長過程中產生的代謝產物濃度信息進行連續實施的測量，根據代謝產物的積累量與微生物生長速率的關系，利用fminsearch函數，給每個物理參數設定一個初始值，當設定參數模擬得到的生長曲線與實驗數據的差值大于擬合優度值(即大于5％)時，啟動模型參數優化步驟，直至與實際微生物生長測量線最為接近時停止計算。綜上可得微生物生長過程代謝產物累積曲線：