摘 要：根据甘油歧化的连续发酵过程，考虑了3-HPA对基因调节子以及细胞生长的抑制作用，建立了酶催化与基因调节混杂动力系统，并研究了该系统的相关性质。提出了生物鲁棒性定量定义，以胞外物质平均相对误差与胞内物质生物鲁棒性为性能指标建立了参数优化模型。最后，构造了快速模拟退火算法识别最优参数。数值结果显示，该系统得出的目标函数值相较于八维系统减小了87.7%，表明模型能更为准确的描述实际发酵过程。
关键词：连续发酵；混杂动力系统；生物鲁棒性；快速模拟退火算法；参数识别
0 引言
1，3-丙二醇（1，3-PD）是一种十分重要的化工原料，可用于多种药物、新型聚酯PTT、医药中间体及新型抗氧剂的合成，也可作为基础化工原料如抗冻剂、溶剂等[1]。其传统的生产方法为化学合成法，然而这种方法不仅需要很高的生产条件，而且成本高，同时对环境也会造成一定的污染。利用生物发酵产生1，3-PD具有易操作、低耗能、无污染的优点，人们趋向于用这种“绿色化学”替代传统工艺，因而生物转化法成为当前国内外学者研究的主流。其中克雷伯氏杆菌（Klebsiella pneumoniae）具有较高的转化率和1,3-PD生产能力，因而甘油通过克雷伯氏杆菌发酵生成1，3-PD过程成为主要研究点[2-11]。
由于微生物发酵产生1,3-PD不仅包括还原路径的酶催化动力学，而且中间产物3-HPA的积累对dha调节子的表达和细胞生长都有抑制作用，其中dha调节子调控着发酵过程中四种关键酶。并且细胞的生长也会受到底物、产物以及中间代谢物的抑制，因此利用微生物法将甘油歧化是一个复杂的过程。对于提高生物转化法生产的1,3-PD浓度的研究，由于实验法成本太高，近年研究学者致力于用微生物动力学建模来描述微生物发酵过程。Zeng等人建立了过量动力学模型描述甘油歧化底物消耗和产物的生成[2]。修志龙等人采用修正后的过量动力学模型描述了连续和间歇发酵过程，预测了连续发酵过程中出现的多态现象[3]。2008年，孙亚琴等人首次提出了包括胞内三种物质的甘油生物歧化1,3-PD过程的还原途径酶催化模型[4]。之后又有许多学者展开对甘油歧化的连续发酵、间歇发酵以及批式流加发酵等方式的研究。文[5]对于连续发酵的八维酶催化动力系统进行了路径以及参数辨识。文[6]建立了十四维基因调节混杂动力系统并对其进行跨膜路径与系统参数识别，但目标函数值较大，本研究建立了一个连续发酵新的十四维酶催化与基因调节混合动力系统，并对其进行参数识别。
作者：庞丽萍