页数：209页文件大小：43.25 MB来源： 生物反应工程ppt课件
本课件展示生物反应工程的前沿拓展领域：质粒复制与基因表达动力学、温和压力下的变压生物转化与应激代谢产物、发状念珠藻单体细胞培养及其在荒漠化治理中的作用、细菌纤维素的生物合成与多领域应用，以及聚赖氨酸发酵过程的神经网络建模与优化控制。
第八章生物反应工程领域的拓展
主要内容
8.1 质粒复制与表达的动力学8.1.1 λdv质粒的概述8.1.2 动力学模型的几点假设8.1.3 质粒复制动力学8.1.4 基因表达动力学
8.2 温和压力提高生物催化效率一、研究背景二、变压生物转化三、加压提高生物应激代谢物的合成四、几点思考
一、研究背景
压力生物技术的分类
研究背景（2）压力影响生物反应的几个方面
压力对化学反应的影响遵循Le Chatelie法则
研究背景（4）反应的活化体积一些生物化学Abe F. et al. (1999)
利用压力提高生物催化效率的部分实例
部分压力下的生物催化反应：原表按「底物—酶—反应介质」三列列出菜籽油、油酸、胆固醇、木聚糖、甲基丙烯酸甲酯等底物在脂肪酶、多酚氧化酶、胆固醇氧化酶、角质酶、木聚糖酶与枯草杆菌蛋白酶催化下的反应。
注：原表为多列长表，源文件中各列文字严重粘连，无法安全切分还原为表格，建议对照原课件图片核对后补充。
变压生物转化（1）图1高压试验装置流程图（1）
变压生物转化（2）图1高压试验装置流程图（2）
变压生物转化（3）图2 微生物β-11位羟基化转化反应O2
表 1 试验设计（小时）：原表对比常压与 0.5 MPa 加压条件下的培养时间安排。
注：原表数值在源文件中数字粘连严重，无法安全切分还原，建议对照原课件图片核对。
图3 N2为加压介质对生物转化的影响■, 0; ▲,1; ●,2; □,3; △,4; ○,5变压生物转化（5）
图4 高纯空气为加压介质对生物转化的影响■, 0; ▲,1; ●,2; □,3; △,4; ○,5变压生物转化（6）
图5 高纯空气为加压介质，同时添加氧载体对生物转化的影响■,0; ▲,1; ●,2; □, 3; △,4 ○, 5变压生物转化（7）
变压生物转化（8）图6 压力对蓝色梨头霉菌丝球形态变化的影响A: 常压下的菌丝球形体B: 加压后菌丝球形体
AB图7 电镜照片A 氮气0.5MPa；B 常压变压生物转化（9）
变压生物转化（10）BA图8 电镜照片A高纯空气0.5MPa；B 常压
图9 加压对蓝色梨头霉脱氢酶活力的影响■:脱氢酶活力□：氢可转化率变压生物转化（11）
变压生物转化（12）图10 压力对犁头霉菌丝球通透性的影响■▲◆分别为0.1MPa下电导率，A280和A260 ; □△◇分别为空气0.5MPa下电导率，A280和A260 A260A280
加压提高甾体药物（氢化可的松）生物转化（10～15%）的原因
三、加压提高生物应激代谢物质的合成
压力作为胁迫因子，可改变细胞正常生理状态下的代谢通量，刺激细胞发生应激反应：
图11保压时间对面包酵母胞内海藻糖和存活率的影响左图: CICC1339; 右图: CICC1447; □, , ○, 为0.1 MPa, 1 MPa CO2和1 MPa N2的细胞存活率■, ▲, ●,为0.1 MPa, 1 MPa CO2和1 MPa N2的胞内海藻糖含量AB加压提高生物应激代谢物质的合成（2）
图12 保压时间对面包酵母胞内海藻糖合成酶活力的影响左图: CICC1339; 右图: CICC1447■, 0.1 MPa ；▲, 1 MPa CO2；●, 1 MPa N2加压提高生物应激代谢物质的合成（3）
加压提高生物应激代谢物质的合成（4）图13压力对面包酵母细胞膜通透性的影响左图: CICC1339; 右图: CICC1447■：电导率；▲：A280 ；◆：A260
加压提高生物应激代谢物质的合成（5）图14 面包酵母CICC1339（左）和CICC1447（右）环境扫描电镜照片（1.0Mpa ）
四、几点体会1、应用领域可以有效提高两相生物催化反应效率；提高微生物应激产物的发酵得率2、基础理论研究温和压力对酶活力影响的基础数据；温和压力对特定微生物细胞形态、代谢途径与通量的变化、基因表达以及活力变化的影响
8.3 发状念珠藻单体细胞培养--与其在治理荒漠化中的作用?
发状念珠藻研究内容
一、发状念珠藻概述荒漠-半荒漠地区陆生蓝细菌荒漠草原唯一优势生长的固氮生物生长于极端环境中的特种生物资源天然发状念珠藻（发菜）
发状念珠藻资源现状分布具有很强的地域局限性生长极为缓慢，生物量加倍时间需10多年发菜采收
我国发菜主产地之一宁夏回族自治区：60 年代发菜生长地面积较大，至 80 年代中期与 90 年代末持续减少；同期商品发菜价格从 70 年代的低位持续上涨，至 2000 年时高达上千元一公斤。内蒙古自治区因采收发菜而遭破坏的草场面积巨大，其中部分已完全退化为荒漠。
注：原页具体的面积（万公顷）与价格（元/公斤）数值在源文件中粘连，无法安全切分还原，此处仅保留趋势描述，建议对照原课件图片核对。
商品发菜发状念珠藻食用价值
生态学特征
发状念珠藻（天然聚合体）培养发状念珠藻培养
单体细胞细胞开放式培养多糖废液细胞培养封闭式培养成分分析功能实验藻体重建生态修复回流到培养装置保健药品食品开发发状念珠藻解决方案
液体悬浮培养光反应器培养开放式培养
液体培养条件下单体发状念珠藻细胞类型及形态
发状念珠藻细胞聚合体的形成液体培养发状念珠藻细胞聚合体
光照对细胞生长和多糖积累的影响不同光照强度(μmol
不同光照强度下发状念珠藻细胞胞外多糖产量
| 光照强度（μmol·m-2·s-1） | 多糖产量（mg·L-1） | 细胞多糖产量（mg·g-1·DW） |
|---|---|---|
| 20 | 50.2 | 83.9 |
| 40 | 63.8 | 79.2 |
| 60 | 73.7 | 80.6 |
温度对细胞生长和多糖积累的影响不同温度下发状念珠藻细胞生长曲线
不同温度培养 20 d 发状念珠藻细胞胞外多糖产量
| 培养温度（℃） | 多糖产量（mg·L-1） | 细胞多糖产量（mg·g-1·DW） |
|---|---|---|
| 20 | 43.1 | 58.6 |
| 25 | 73.7 | 80.6 |
| 30 | 67.2 | 76.1 |
初始pH值对细胞生长和多糖积累的影响不同初始pH值下发状念珠藻细胞生长曲线
初始 pH 值对发状念珠藻细胞胞外多糖产量的影响
| 初始 pH 值 | 多糖产量（mg·L-1） | 细胞多糖产量（mg·g-1·DW） |
|---|---|---|
| 6.0 | 37.0 | 54.2 |
| 7.0 | 76.2 | 87.5 |
| 8.0 | 88.4 | 106.9 |
氮源对细胞生长和胞外多糖产量的影响不同氮源下发状念珠藻细胞生长曲线
不同初始硝酸钠浓度下发状念珠藻细胞生长曲线
不同初始硝酸钠浓度下培养 20 d 发状念珠藻细胞胞外多糖产量
| 硝酸钠浓度（g·L-1） | 多糖产量（mg·L-1） | 细胞多糖产量（mg·g-1·DW） |
|---|---|---|
| 0 | 35.6 | 47.9 |
| 1.5 | 73.8 | 85.0 |
| 3.0 | 62.4 | 62.8 |
| 4.5 | 44.5 | 55.6 |
磷酸盐对细胞生长和多糖积累的影响不同初始磷酸盐浓度下发状念珠藻细胞生长曲线
初始磷酸盐浓度对发状念珠藻细胞胞外多糖产量的影响
| 磷酸盐浓度（mmol·L-1） | 多糖产量（mg·L-1） | 多糖产量（mg·g-1·DW） |
|---|---|---|
| 0 | 22.8 | 71.8 |
| 0.175 | 71.1 | 81.4 |
| 1.75 | 76.3 | 83.3 |
| 8.75 | 97.6 | 81.1 |
| 17.5 | 93.7 | 82.3 |
光反应器中发状念珠藻细胞培养过程特性发状念珠藻细胞20L光反应器中培养过程曲线
通气量对藻细胞生长和多糖积累的影响不同通气量下发状念珠藻细胞生长曲线
通气量对发状念珠藻细胞胞外多糖生成的影响
| 通气量（vvm） | 多糖产量（mg·L-1） | 细胞多糖产量（mg·g-1·DW） |
|---|---|---|
| 0.4 | 28.2 | 38.2 |
| 0.6 | 37.7 | 46.2 |
| 0.8 | 62.6 | 61.1 |
| 1.1 | 63.4 | 63.3 |
搅拌桨叶尖速率对细胞生长和多糖积累的影响不同叶尖速率下发状念珠藻细胞生长曲线
不同叶尖速率下发状念珠藻细胞生长速率及培养 16 d 细胞干重
| 叶尖速率（m·s-1） | 细胞生长速率（OD750·d-1） | 细胞干重（g·L-1） |
|---|---|---|
| 0.3 | 0.027 | 0.906 |
| 0.5 | 0.035 | 1.024 |
| 0.8 | 0.043 | 1.133 |
| 1.0 | 0.040 | 1.062 |
| 1.5 | 0.039 | 0.612 |
不同叶尖速率下培养 16 d 发状念珠藻细胞多糖产量
| 叶尖速率（m·s-1） | EPS 产量（mg·L-1） | CPS 产量（mg·g-1） | TPS 产量（mg·L-1） | 细胞 TPS 产量（mg·g-1） |
|---|---|---|---|---|
| 0.3 | 38.7 | 147.2 | 172.6 | 189.7 |
| 0.5 | 62.6 | 136.4 | 201.7 | 197.7 |
| 0.8 | 205.1 | 49.6 | 261.1 | 231.1 |
| 1.0 | 203.8 | 43.2 | 249.6 | 235.5 |
| 1.5 | 121.4 | 18.7 | 132.8 | 217.7 |
光照周期对于发菜细胞开放式悬浮培养的影响
| 光照周期 | 细胞产量（g/L） | 平均生长速率（μg chla·L-1·d-1） |
|---|---|---|
| 周期光照（12:12） | 0.397 | 0.146 |
| 全光照 | 0.455 | 0.201 |
通气量对于发菜细胞开放式悬浮培养的影响
初始液位对于发菜细胞开放式悬浮培养的影响
四、发状念珠藻培养物成分分析及功能试验发状念珠藻多糖离子交换层析洗脱曲线
发状念珠藻多糖凝胶层析洗脱曲线
发状念珠藻细胞培养物和天然发状念珠藻HPLC图
发状念珠藻细胞与天然发状念珠藻氨基酸含量（mg·g-1）
| 氨基酸种类 | 发状念珠藻细胞 | 野生发状念珠藻 |
|---|---|---|
| 天门冬氨酸 | 51.0 | 37.4 |
| 苏氨酸 | 23.7 | — |
| 丝氨酸 | 26.3 | 14.0 |
| 甘氨酸 | 14.9 | 9.8 |
| 丙氨酸 | 32.0 | 16.3 |
| 缬氨酸 | 22.0 | 14.8 |
| 蛋氨酸 | 3.9 | 15.6 |
| 异亮氨酸 | 29.3 | 14.7 |
| 酪氨酸 | 17.8 | 9.3 |
| 赖氨酸 | 18.7 | 12.3 |
| 组氨酸 | 11.8 | 11.2 |
| 精氨酸 | 15.0 | 9.2 |
| 总量 | 266.4 | 164.6 |
发状念珠藻细胞培养物抗 HSV-I 试验
| 样品 | 细胞毒性 CC50（μg·mL-1） | 抗 HSV-I 活性 IC50（μg·mL-1） | 选择指数（CC50/IC50） |
|---|---|---|---|
| 培养液上清液 A | 3100 | 2.9 | 1100 |
| 培养液上清液 B | 3100 | 8.0 | 390 |
| 细胞 A | 1300 | 0.97 | 11300 |
| 细胞 B | 1300 | 7 | 18 |
注：A 为样品在病毒侵染 1h 后加入，B 为样品在病毒侵染同时加入；原表数字粘连，细胞样品的选择指数与细胞毒性、IC50 之间不自洽，建议对照原课件图片核对。
发状念珠藻细胞培养以游离的藻丝或细胞群体的状态存在，不形成具有完整结构的发状念珠藻体，其如果能在接近自然生长的固态培养条件下进行生长，将对于了解细胞生长过程中的形态变化以及与液体培养的差异，实现从发状念珠藻细胞到发状念珠藻体的生长过程，有重要意义。在荒漠化地区进行发状念珠藻细胞培养，不仅是低成本获取发状念珠藻生物量的一种手段，也将对该地区的生态环境具有一定的改善作用。培养过程中一些人工管理手段的实施及发状念珠藻细胞的生长活动，都将促使其生长地的生态环境向良性化方向演替。五、发状念珠藻细胞固态培养的初步研究
干燥发状念珠藻细胞复水不同时间后光合和呼吸作用
HGEF干燥发状念珠藻细胞不同温度处理2 h复水后荧光染色结果E, F: 60℃处理;G, H: 70℃处理
干燥发状念珠藻细胞不同温度处理2 h复水后光合和呼吸速率
沙粒上发状念珠藻细胞的生长图中a为初始接种的情况，b-i分别代表发状念珠藻细胞在同一培养皿上培养5、10、15、20、40、60、80、100d的生长情况
利用计算机视觉技术，将沙粒上发状念珠藻藻落的形态图片转化为二值图以计算藻落面积。
沙粒上发状念珠藻细胞的生长曲线
沙粒上发状念珠藻细胞分泌出的胶质物湿润状态下干燥状态下发状念珠藻细胞在沙粒表面的生长
沙粒上发状念珠藻细胞干燥状态与复水后的对比
沙粒颗粒大小对发状念珠藻细胞生长的影响图a、b、c中的培养皿上的沙粒大小分别为<0.44mm,0.44-0.95mm,>0.95mm
沙培培养基底部发状念珠藻细胞生长情况
氮源对发状念珠藻细胞生长的影响无氮含氮
光照对发状念珠藻细胞在沙粒上生长的影响高光强20～45 μmol/m2/s 低光强10～20 μmol/m2/s
不同接种量对发状念珠藻细胞在沙粒上生长的影响(图a、b、c依次代表接种量为4ml、8ml和12ml固体沙培至50d的情况,图d、e、f依次代表接种量为4ml、8ml和12ml固体沙培至70d的情况)
液体培养发状念珠藻细胞与干发菜细胞沙培比较1mm液体培养发菜细胞干发菜细胞
固态与液态培养发状念珠藻细胞干燥后复水呼吸作用与光合作用恢复比较
固态与液态培养发状念珠藻细胞的耐热性比较
发状念珠藻细胞及培养液对于沙粒渗水性及持水性的影响渗水性持水性
发状念珠藻细胞在沙粒基质上形成的结皮
五、发状念珠藻细胞野外扩大培养时间：2005年6月20日至2005年11月30日地点：宁夏银川市贺兰山东麓
A：6月20日，B：7月29日，C：8月21日，D：9月24日，E：10月18日，F：11月30日ABCEFDABCDEF
七、不同营养模式对发状念珠藻细胞生长的影响
发状念珠藻细胞的光合自养、混合营养的生长曲线
细胞的形态和大小A光合自养培养48h的发菜细胞B混养培养48h的发菜细胞C光合自养培养120h的发菜细胞D混养培养120h的发菜细胞ABCD
室温吸收光谱
营养模式对发状念珠藻细胞生长与累积多糖的影响25℃45μmol
培养基对发状念珠藻细胞生成胞外多糖的影响（mg/L）
| 培养基 | 5 d | 10 d | 15 d | 20 d |
|---|---|---|---|---|
| 基础培养基 | 11.02 | 40.31 | 64.77 | 68.47 |
| 无氮基础培养基 | 68.3 | 159.5 | 481.10 | 161.2 |
| 含糖无氮基础培养基 | 182.6 | 276.58 | 79.62 | 447 |
小结
8.4 界面微生物生长模型8.4.1 界面的概念8.4.2 界面与微生物8.4.3 界面上丝状真菌的生长8.4.4 界面微生物生长动力学模型
细菌纤维素的生物合成及其应用网址http://www.tust.edu.cnhttp://www.tuli.edu.cn
细菌纤维素研究内容
细菌合成纤维素是在1886年由Brown首次报道。他发现木醋杆菌（Acetobacterxylinum）在静止培养时于培养基表面形成一层白色纤维状物质，经化学与物理方法分析确定此类物质具有纤维素的结构与化学性质，因其属细菌合成而命名为细菌纤维素。一、基本概念
细菌纤维素与东方传统发酵食品
在不同条件下，常见以下九个属中的某些种的微生物合成纤维素，统称为细菌纤维素：
细菌纤维素生产菌的特点
| 菌种名称 | 产生纤维特点 | 纤维素分析 | 作用 |
|---|---|---|---|
| Acetobacter | 胞外膜，纤维束 | X-射线衍射；碱不溶；荧光分析；可被纤维素酶降解 | 保持有氧环境，可利用天然底物 |
| Agrobacterium | 胞外微纤维 | X-射线衍射；碱不溶；荧光分析；可被纤维素酶降解 | 吸附于植物组织 |
| Rhizobium | 胞外微纤维 | X-射线衍射；碱不溶；荧光分析；可被纤维素酶降解 | 吸附于寄主植物 |
| Pseudomonas | 无明显微纤维 | 碱不溶；可被纤维素酶降解 | 废水中絮凝物 |
| Sarcina | 无定形纤维素 | 碱不溶 | 不明确 |
细菌纤维素的独特性质
细菌纤维素膜的形态
A. Xylinum X-2静置培养产生的细菌纤维素膜
细菌纤维素的网状结构
细菌纤维素与其他纤维素的红外光谱1、细菌纤维素；2、棉纤维；3、桑皮纤维；4、羧基纤维素
X-射线衍射结果：原表给出 2Theta、d-value 与相对强度等数据，并与 Fontana 的文献值比较；样品预处理为蒸馏水洗涤后再经 0.1N NaOH 80℃ 处理 1 小时。
注：原表衍射数据列在源文件中数字粘连严重，无法安全切分还原，建议对照原课件图片核对。
细菌纤维素的固体CP/MAS 13C NMR谱
X-射线衍射和CP/MAS 13C NMR 互补研究大分子聚合物的微观结构
细菌纤维素干膜的渗透性能
| 渗透性 | 细菌纤维素干膜 | PVC 膜 | PE 膜 |
|---|---|---|---|
| GTR（O2），ml/(atm·day·m2) | 499 | 1820 | 2900 |
| VTR（H2O），g/(m2·24h) | 180 | 159.4 | 47.6 |
非极性气体 O2 难于透过干膜，而极性水蒸气易于透过；干膜结构致密且含大量极性基团。
细菌纤维素膜的持水性
A. xylinum 细菌纤维素的生物合成
这四个过程高度耦合，并与细胞膜上的特定位点密切相关。
木醋杆菌的糖类代谢途径
细菌纤维素合成的关键调控因子C-Di-GMP（cyclic di-GMP，环状二鸟苷酸）纤维素合成酶的变构效应物
细菌纤维素合成的代谢调控
细菌纤维素合成酶
细菌纤维素合成酶
细菌纤维素合成酶
细菌纤维素的分泌、组装和结晶化纤维素分子链原细纤维微纤维细纤维
微纤维分叉形成的可能机制
细菌纤维素膜表面菌体
四、细菌纤维素发酵
Gram阴性，杆状或椭圆形，专性好氧。菌落外观成圆形，不透明，突起，淡棕色及表面粗糙。
网状结构的纤维素丝束和菌体
菌体表面特征性皱纹沿菌体纵轴多股微纤丝汇集成一根纤维素丝束
细菌纤维素流加发酵培养实验装置细菌纤维素的静态发酵
分批补料发酵与分批发酵的比较
| 指标 | 分批发酵 | 分批补料发酵 |
|---|---|---|
| 细菌纤维素产量（g/L） | 3.40 | 11.7 |
| 糖转化率（g·g-1） | 0.124 | 0.138 |
| 发酵时间（d） | 8 | 20 |
| 发酵液残糖（g/L） | 3.70 | 3.81 |
| 反应器效率（g·L-1·d-1） | 0.425 | 0.585 |
装置主要部件：
细菌纤维素扫描照片I 静态培养II气升罐培养The SEM photo of bacterial celluloseI Static culture II ALR culture静态（左）和气升罐（右）发酵生产的细菌纤维素微观结构比较I II
不同形式发酵的结果
细菌纤维素生物合成的代谢流分析
基于物流平衡的MFA及其理论基础
Acetobacter xylinum M12合成细菌纤维素的代谢网络的构建
细菌纤维素生物合成的代谢流分布
代谢流分析
BC发酵前期G6P节点流量分析
细菌纤维素已商品化或广泛使用的领域
在造纸工业中的应用随着对细菌纤维素的深入研究，细菌纤维素在特种纸或功能纸中应用成为研究热点。从已开展的应用工作来看，不必采用特殊的添加方法，就可开发出简单的细菌纤维素添料纸。
造纸实验纸张强度性能测定
细菌纤维素湿膜的打浆分散打浆使细菌纤维受到切断，吸水润胀和细纤维化等作用
分散的单根细菌纤维细菌纤维的显微照片细菌纤维断裂状态的显微照片
苇浆配加细菌纤维素，抄纸苇浆配加细菌纤维素，抄纸
苇浆配加细菌纤维素对纸张强度的影响
| 纸样 | BC 添加比例（%） | 定量（g/m2） | 裂断长（m） | 耐破指数（kPa·m2/g） | 撕裂指数（mN·m2/g） | 透气度（ml/min） |
|---|---|---|---|---|---|---|
| A0 | 0 | 36.6 | 4370 | 1.2 | 3.8 | — |
| A2 | 2 | 37.9 | 5100 | 1.3 | 3.9 | 177 |
| A10 | 10 | 38.5 | 4850 | 1.3 | 4.0 | 111 |
| A40 | 40 | 42.6 | 5630 | 1.9 | 4.2 | 65 |
苇木混合浆（9:1）配加细菌纤维素对强度的影响
| 纸样 | BC 添加比例（%） | 定量（g/m2） | 裂断长（m） | 耐破指数（kPa·m2/g） | 撕裂指数（mN·m2/g） | 透气度（ml/min） |
|---|---|---|---|---|---|---|
| B0 | 0 | 43.5 | 4540 | 1.4 | 4.7 | — |
| B5 | 5 | 44.6 | 4390 | 1.3 | 5.2 | — |
| B10 | 10 | 43.9 | 4890 | 1.4 | 4.7 | 364 |
| B15 | 15 | 43.6 | 4200 | 1.4 | 4.6 | 273 |
| B20 | 20 | 45.1 | 4880 | 1.6 | 4.9 | 240 |
苇浆中分别配加(10%)木浆和细菌纤维对纸张强度的影响
细菌纤维对苇浆纸张强度的影响
纤维内与纤维间的氢键纸张强度首先取决于纤维相互间的结合力和纤维本身的强度。细菌纤维素的微纤维交织成特殊的网状结构，有较大表面积，增加氢键作用位点，增大纤维间的结合力，提高纸张的抗张强度。
在医学材料中的应用改良细菌纤维素物理化学性质、机械性能和生物医学的测试结果表明它具有一些良好的独特性质，如生物活性（bioactivity）、生物可降解性、生物适应性和无过敏反应，尤其是良好的机械韧性，有可能作为新型的生物医学材料。
实验动物SD大鼠细菌纤维素对深Ⅱ度烧伤大鼠皮肤治疗作用的实验研究
大鼠伤后不同时间伤口愈合率（深Ⅱ度烧伤）
| 组别 | 4 d | 7 d | 14 d | 21 d | 28 d |
|---|---|---|---|---|---|
| 对照组 | 2.63±1.82 | 3.83±1.84 | 15.28±6.33 | 40.96±5.42 | 94.67±2.02 |
| 治疗组 | 2.32±1.73 | 4.17±2.21 | 14.54±5.85 | 50.60±4.38 | 96.35±1.89 |
细菌纤维素对大鼠皮肤创伤促愈作用的实验研究细菌纤维素膜对深Ⅱ度烧伤大鼠皮肤治疗作用的实验研究，发现其对深Ⅱ度烧伤促进愈合作用不显著，与文献报道不符，分析其原因，可能是所用烧伤动物模型更适于暴露疗法，创面局部有焦痂组织阻碍细菌纤维素与创面直接接触，影响发挥作用有关。为此，本实验拟采用缺损性皮肤创伤的动物模型做进一步的探讨。
创伤动物模型
大鼠伤后不同时间伤口愈合率（皮肤缺损模型）
| 组别 | 4 d | 7 d | 14 d | 21 d | 28 d |
|---|---|---|---|---|---|
| 对照组 | 5.63±1.64 | 11.83±1.94 | 55.28±6.63 | 78.73±6.24 | 93.67±6.33 |
| 治疗组 | 5.32±1.82 | 16.17±2.14 | 70.54±6.35 | 92.60±5.62 | 100.00±0.00 |
皮下埋植细菌纤维素膜的实验研究以上实验表明细菌纤维素膜能促进皮肤损伤的愈合，具有一定的治疗作用，有可能成为一种临时皮肤代用品和有应用潜力的生物敷料。随着组织工程学的逐渐兴起，有必要探讨细菌纤维素膜作为皮肤组织工程材料——人工真皮的可能性。
埋植细菌纤维素膜的动物模型
小结
在食品工业中的应用细菌纤维素具有很强的亲水性、持水性、凝胶特性、稳定性及完全不被人体消化的特点，使之成为一种很具吸引力的食品基料，可作为增稠剂应用于食品工业中，也可作为固体食品的成型剂、分散剂和结合剂等。红茶菌是以茶叶浸出液通过发酵制成的一种保健饮料。在培养红茶菌的过程中，在汁液的表面形成一层胶状液膜，其主要成分是细菌纤维素。纳塔是一种由微生物经液态发酵形成于液体表面的凝胶膜状物，主要成分是纤维素。
在高级音响设备振动膜上的应用细菌纤维素高纯度（100%）、高结晶度、高聚合度和优良的分子取向，高机械强度、经热压处理后，杨氏模数可达30Gpa，比有机合成纤维的强度高4倍，可满足当今顶级音响设备声音振动膜材料所需的对声音振动传递快和内耗高的特性要求。细菌纤维素振动膜的优异特性主要是其极细的高纯度纤维素组成的超密结构，经热压处理制成了具有层状结构的膜，使其杨氏模量和机械强度大幅度提高。
有待研究的问题 1：基因改造与表型或产物分泌状态的研究
有待研究的问题 2：细胞水平的代谢调节特性研究
有待研究的问题 3：生物反应器多水平参数的关联与优化
8.5 双液相生物反应进展8.5.1 双液相酶促反应的进展8.5.2 双液相发酵的进展
神经网络技术在发酵过程中的应用实验
图3.1-5 测控系统总貌
一实验目的学习神经网络的基本原理，学会MATLAB神经网络应用设计，掌握神经网络技术在发酵过程建模中的应用。
二实验原理与经典的非结构动力学模型相比（1）神经网络的基本原理（2）MATLAB神经网络应用设计（3）建模过程中的几个关键问题
图3.1-5 主监控界面
研究内容之三3．3 聚赖氨酸发酵过程的建模与优化3.3.1聚赖氨酸发酵过程的建模方法3.3.2基于三底物限制的聚赖氨酸发酵过程解析式软测量模型3.3.3聚赖氨酸发酵过程的神经网络模型3.3.4聚赖氨酸发酵过程操作变量的优化控制3.3.5小结
引论
3.3.1 聚赖氨酸发酵过程的建模方法
建模的目的
解析式软测量模型建模方法
BP神经网络模型建模方法
图3．3-1 BP神经网络结构图
BP神经网络模型建模优点
BP神经网络模型建模缺点
混合神经网络模型建模
3.3.2 基于三底物限制的聚赖氨酸发酵过程解析式软测量模型
发酵条件和实验数据
基于基质糖浓度DO、pH三底物限制的聚赖氨酸分批发酵解析式软测量模型
基于基质糖浓度DO、pH三底物限制的聚赖氨酸分批发酵解析式软测量模型
基于基质糖浓度DO、pH三底物限制的聚赖氨酸分批发酵解析式软测量模型
3.3.3 聚赖氨酸发酵过程的神经网络模型
发酵条件和实验数据
聚赖氨酸发酵过程的BP神经网络软测量模型
软测量模型训练结果图3．3-6聚发酵（1）200rpm、pH不控制，S、X估计值与化验值的比较图3．3-7聚发酵（5）350rpm、pH=3.0，S、P估计值与化验值的比较图3．3-8聚发酵（7）350rpm、pH=5.0，S、P估计值与化验值的比较训练误差以平均绝对误差表示，残糖模型训练误差：0.0894；菌体模型训练误差：0.1308；产物模型训练误差：0.0292 。
软测量模型验证结果图3．3-10验证样本聚发酵（9）350rpm、pH=4.3，S、X估计与化验值的比较图3．3-9验证样本聚发酵（3）400rpm、pH不控制，S、P估计与化验值的比较聚赖氨酸发酵过程的建模与优化
聚赖氨酸发酵过程的BP神经网络预估模型
产物预估模型网络权值w和阀值b矩阵：
产物预估模型网络权值w和阀值b矩阵：
预估模型验证结果图3．3-11验证样本聚发酵（3）400rpm、pH不控制，S、P预估与化验值的比较图3．3-12验证样本聚发酵（9）350rpm、pH=4.3，S、X预估与化验值的比较
聚赖氨酸发酵过程的BP神经网络混合预估模型
混合预估模型训练结果图3．3-13训练样本聚发酵（6）350rpm、pH=4.0，S、X、P预估与化验值的比较
混合预估模型验证结果图3．3-14训练样本聚发酵（9）350rpm、pH=4.3，S、X、P预估与化验值的比较
3.3.4 聚赖氨酸发酵过程的优化控制
谢谢大家
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