A Genetic Algorithms‐Based Neural Network Model to Monitor Gibberellic Acid GA3 Fermentation Process by Fusarium fujikuroi

发酵 人工神经网络 适应性 赤霉素 算法 生物量(生态学) 生物系统 计算机科学 生物技术 化学 生物 人工智能 生物化学 植物 农学 生态学
作者
Jiacong Huang,Junlin Wu,Nie Zhikui,Tian‐Qiong Shi
出处
期刊:Biotechnology and Bioengineering [Wiley]
标识
DOI:10.1002/bit.29022
摘要

ABSTRACT A genetic algorithm‐optimized neural network (ANN‐GA) was developed for real‐time monitoring of gibberellin (GA3) production during Fusarium fujikuroi fermentation. This model addresses the limitations of traditional off‐line detection methods, such as contamination risks and delayed feedback, by integrating six critical inputs—initial glucose concentration, fermentation time, temperature, pH, dissolved oxygen, and rotational speed—to predict glucose consumption and GA3 synthesis with an accuracy of 99.41%. During the implementation phase, by dynamically controlling the temperature (28°C–32°C) and pH, the biomass accumulation rate increased by 84% within 48 h, while the GA3 accumulation rate improved by 66.7% compared to constant‐temperature fermentation at 28°C. The ANN‐GA framework enables dynamic adjustment of glucose supply based on real‐time predictions, thereby optimizing carbon source utilization and enhancing process stability. This data‐driven approach effectively overcomes the drawbacks of costly sensors and labor‐intensive manual sampling, showcasing significant potential for industrial‐scale fermentation optimization. With its high accuracy and adaptability, the model holds substantial application value in advancing intelligent biological process control for secondary metabolite production.
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