Machine learning applied for metabolic flux‐based control of micro‐aerated fermentations in bioreactors

曝气 发酵 生物反应器 焊剂(冶金) 呼吸商 气流 工业发酵 连续搅拌釜式反应器 生物系统 生化工程 工艺工程 计算机科学 制浆造纸工业 化学 工程类 生物化学 生物 化学工程 机械工程 有机化学
作者
Thiago José Barbosa Mesquita,Gilson Campani,Roberto C. Giordano,Teresa Cristina Zangirolami,Antônio Carlos Luperni Horta
出处
期刊:Biotechnology and Bioengineering [Wiley]
卷期号:118 (5): 2076-2091 被引量:9
标识
DOI:10.1002/bit.27721
摘要

Various bio-based processes depend on controlled micro-aerobic conditions to achieve a satisfactory product yield. However, the limiting oxygen concentration varies according to the micro-organism employed, while for industrial applications, there is no cost-effective way of measuring it at low levels. This study proposes a machine learning procedure within a metabolic flux-based control strategy (SUPERSYS_MCU) to address this issue. The control strategy used simulations of a genome-scale metabolic model to generate a surrogate model in the form of an artificial neural network, to be used in a micro-aerobic fermentation strategy (MF-ANN). The meta-model provided setpoints to the controller, allowing adjustment of the inlet air flow to control the oxygen uptake rate. The strategy was evaluated in micro-aerobic batch cultures employing industrial Saccharomyces cerevisiae yeast, with defined medium and glucose as the carbon source, as a case study. The performance of the proposed control scheme was compared with a conventional fermentation and with three previously reported micro-aeration strategies, including respiratory quotient-based control and constant air flow rate. Due to maintenance of the oxidative balance at the anaerobiosis threshold, the MF-ANN provided volumetric ethanol productivity of 4.16 g·L-1 ·h-1 and a yield of 0.48 gethanol .gsubstrate-1 , which were higher than the values achieved for the other conditions studied (maximum of 3.4 g·L-1 ·h-1 and 0.35-0.40 gethanol ·gsubstrate-1 , respectively). Due to its modular character, the MF-ANN strategy could be adapted to other micro-aerated bioprocesses.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
林夕发布了新的文献求助10
刚刚
桂花大侠发布了新的文献求助10
1秒前
不爱吃姜完成签到,获得积分10
2秒前
南瓜猪猪头完成签到,获得积分10
3秒前
3秒前
3秒前
W汀发布了新的文献求助10
4秒前
Skywalk满天星完成签到,获得积分10
4秒前
四月完成签到 ,获得积分10
4秒前
5秒前
yangbo发布了新的文献求助10
5秒前
科研通AI6.2的应助被摘星采纳,获得10
6秒前
6秒前
领导范儿的应助被桂花大侠采纳,获得10
6秒前
共享精神的应助被NiceSunnyDay采纳,获得10
6秒前
研友_VZG7GZ的应助被xky3371采纳,获得10
7秒前
aaaa的应助被就是采纳,获得20
7秒前
8秒前
duskii完成签到,获得积分10
9秒前
9秒前
酷波er的应助被马佳凯采纳,获得10
9秒前
南一发布了新的文献求助10
10秒前
聪明梦松发布了新的文献求助10
10秒前
12秒前
orixero的应助被啦啦啦666采纳,获得10
12秒前
13秒前
无敌剑士123完成签到,获得积分10
14秒前
yemao发布了新的文献求助10
14秒前
14秒前
Hello的应助被NiceSunnyDay采纳,获得10
15秒前
忧郁尔曼完成签到,获得积分10
15秒前
15秒前
桂花大侠完成签到,获得积分10
16秒前
一日不看书智商输给猪完成签到,获得积分10
16秒前
SANJIN完成签到,获得积分10
17秒前
17秒前
橙子完成签到,获得积分20
17秒前
真的很困发布了新的文献求助10
18秒前
20秒前
南一完成签到,获得积分10
20秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Nanocomposite Removal of Pesticides from Wastewater 2000
Essentials of Carbohydrate Chemistry and Biochemistry, 4th Edition 1000
Электротехническая система магнитожидкостной герметизации валов регулируемых электродвигателей 800
日本語と中国語及びチベット・ビルマ語の語源関連性に関する分析 800
Practical Manual of Forensic Psychophysiology: Methodology, Execution, and Fields of Application 800
Holistic Discourse Analysis, Second Edition by Robert E. Longacre 666
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 计算机科学 工程类 纳米技术 有机化学 物理 生物化学 化学工程 内科学 复合材料 催化作用 心理学 人工智能 细胞生物学 光电子学 无机化学 量子力学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7945755
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9426809
关于积分的说明 20981787
捐赠科研通 7530927
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3368246
关于科研通互助平台的介绍 2504703
邀请新用户注册赠送积分活动 2400090