《一种通过计算机模拟高效筛选克雷伯氏菌发酵培养基的方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种通过计算机模拟高效筛选克雷伯氏菌发酵培养基的方法.pdf（6页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 102660476 A (43)申请公布日 2012.09.12 CN 102660476 A *CN102660476A* (21)申请号 201210141682.9 (22)申请日 2012.05.09 C12N 1/20(2006.01) C12P 3/00(2006.01) C12R 1/22(2006.01) (71)申请人 苏州工业园区七星电子有限公司 地址 215121 江苏省苏州市苏州工业园区跨 塘镇北路 138 号 (72)发明人 陶军 (74)专利代理机构 江苏致邦律师事务所 32230 代理人 王伟 (54) 发明名称 一种通过计算机模拟高效筛。
2、选克雷伯氏菌发 酵培养基的方法 (57) 摘要 本发明提供了一种通过计算机模拟高效筛选 克雷伯式菌发酵培养基的方法， 针对克雷伯氏菌 发酵产氢可能的因素有初始 pH、 KH2PO4、 酵母膏、 蛋白胨、 Na2HPO4、 MgSO4、 葡萄糖， 使用响应面法结 合实验数据进行计算机模拟， 筛选出最佳的发酵 培养基。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 1/1 页 2 1. 一种通过计算机模拟高效筛选克雷伯氏菌发酵培养基的方法， 其特征在于， 包括提 供了一种通过计算机模拟高效。
3、筛选克雷伯式菌发酵培养基的方法， 针对克雷伯氏菌发酵产 氢可能的因素有初始 pH、 KH2PO4、 酵母膏、 蛋白胨、 Na2HPO4、 MgSO4、 葡萄糖， 结合实验数据进行 计算机模拟， 使用 Plackett-Burman 设计筛选影响产氢的显著因素， 通过最陡爬坡实验得 到响应面的中心点， 最后通过响应面设计确定显著因素的最佳水平筛选出最佳的发酵培养 基。 2. 根据权利要求 1 所述的方法， 其特征在于使用 Plackett-Burman 设计的参数为 ： N=12 的 Plackett-Burman 设计， 设 1 个空白作为误差分析项， 对这 7 个因素进行考察 ； 各因 素均。
4、取两个水平 ： 高水平 “” 和低水平 “-” ； 运用 SAS 9.0 软件分别计算各因素的效应值， 并对各因素效应进行 t 检验， 选择置信度较高的因素作为显著因素， KH2PO4、 蛋白胨、 pH、 葡 萄糖置信度都在 95% 以上， 上述四种因素为克雷伯氏菌 HQ-3 发酵产氢培养基的主效因素。 3. 根据权利要求 1 所述的方法， 其特征在于最陡爬坡实验根据 Plackett-Burman 法筛 选出的显著因素的效应设定它们的步长分别为 ： 0.5， 0.5， 1.5， 3 初始值为 ： 6.0， 6.0， 12.0， 8.0， 选定非主效应因子水平为 ： 酵母膏 8.0 g/L， 。
5、Na2HPO4 15.0 g/L， MgSO4 3.0 g/L。 4. 根据权利要求 1 所述的方法， 其特征在于通过响应面设计， 采用 4 因素 27 水平的 中心组合实验 （Box-behnken） ， 确定显著因素 pH、 KH2PO4、 蛋白胨、 葡萄糖的中心点分别为 ： 8.0， 8.0 g/L， 18.0 g/L， 20.0 g/L， 其它成分的配比为 ： 酵母膏8.0 g/L， Na2HPO4 15.0 g/L， MgSO4 3.0 g/L。 权 利 要 求 书 CN 102660476 A 2 1/4 页 3 一种通过计算机模拟高效筛选克雷伯氏菌发酵培养基的方 法 技术领域 0。
6、001 本发明属于计算机技术领域， 具体涉及一种通过计算机模拟高效筛选克雷伯式菌 发酵培养基的方法。 背景技术 0002 氢气由于高效、 清洁等特点， 被人们认为是最有前途的未来能源。 以氢气作为下一 代能源替代品已成为许多汽车制造商如通用汽车 (General Motors)、 奔驰 (Benz) 等公司 和石油生产商如壳牌 (Shell) 等关注的焦点。 0003 目前美国年产氢 48 亿立方米 , 已经达到价值 1000 亿美金的市场规模， 但仍然有 50 亿立方米左右的市场需求缺口， 随着世界工业化的加快市场需求将越来越旺盛， 强大的 市场需求必将推动氢气工业生产的研究。 生物产氢技术。
7、因其具有清洁、 可再生等优点， 必将 得到更大的发展。生物制氢所用的原料以城市污水、 生活垃圾、 动物粪便等有机废物， 能实 现废物利用， 成本低廉， 在获得氢气的同时净化环境。因此无论从环境保护， 还是从新能源 开发的角度来看， 生物制氢都具有很好的发展前景。 0004 克雷伯式菌 （Klebsiella） 。 是一类既能在稍低氧分压下又能在严格厌氧条件下生 长、 繁殖的兼性厌氧微生物。 在较低氧分压下不能利用有机物产生氢气， 只有在严格的厌氧 条件下才能分解有机物生成氢气。 厦门大学黄锦丽等利用曲霉的菌丝球吸附产酸克雷伯氏 产氢菌， 获得最大产氢速率为 18 mmol/（Lh） ， 平均产。
8、氢速率为 1.7 mmol/（Lh） ， 持续 产氢时间为 15 d。 0005 优化条件是实现工业化的重要前提， 传统的单因子试验、 逐因子试验、 正交设计所 需要的实验次数相对较多， 而厌氧发酵由于菌种本身生长周期较长， 一般为 ： 5-7 天， 再加 上厌氧发酵成本比较高， 因此通过简单的单因子试验、 逐因子试验、 正交设计不能满足人们 的要求。为了利用尽可能少的实验次数获得不错的实验结果， 人们越来越多的求助于各种 优良的实验设计与计算机模拟计算。 发明内容 0006 本发明提供了一种通过计算机模拟高效筛选克雷伯式菌发酵培养基的方法， 针对 克雷伯氏菌发酵产氢可能的因素有初始 pH、 。
9、KH2PO4、 酵母膏、 蛋白胨、 Na2HPO4、 MgSO4、 葡萄糖， 使用响应面法结合实验数据进行计算机模拟， 筛选出最佳的发酵培养基。 0007 1. 一种通过计算机模拟高效筛选克雷伯氏菌发酵培养基的方法， 其特征在于， 包 括提供了一种通过计算机模拟高效筛选克雷伯式菌发酵培养基的方法， 针对克雷伯氏菌发 酵产氢可能的因素有初始 pH、 KH2PO4、 酵母膏、 蛋白胨、 Na2HPO4、 MgSO4、 葡萄糖， 结合实验数据 进行计算机模拟， 使用 Plackett-Burman 设计筛选影响产氢的显著因素， 通过最陡爬坡实 验得到响应面的中心点， 最后通过响应面设计确定显著因素的。
10、最佳水平筛选出最佳的发酵 培养基。 说 明 书 CN 102660476 A 3 2/4 页 4 0008 2. 步骤 1 所描述的方法中 Plackett-Burman 设计具体为， 设定 Plackett-Burman 设计的参数为 ： N=12 的 Plackett-Burman 设计， 设 1 个空白作为误差分析项， 对这 7 个因素 进行考察。 各因素均取两个水平 ： 高水平 “” 和低水平 “-” 。 运用SAS 9.0软件分别计算各 因素的效应值， 并对各因素效应进行 t 检验， 选择置信度较高的因素作为显著因素， KH2PO4、 蛋白胨、 pH、 葡萄糖置信度都在95%以上， 。
11、上述四种因素为克雷伯氏菌HQ-3发酵产氢培养基 的主效因素。 0009 3. 步骤 1 所描述的方法中最陡爬坡实验具体为根据 Plackett-Burman 法筛选出 的显著因素的效应设定它们的步长分别为 ： 0.5， 0.5， 1.5， 3 初始值为 ： 6.0， 6.0， 12.0， 8.0， 选定非主效应因子水平为 ： 酵母膏 8.0 g/L， Na2HPO4 15.0 g/L， MgSO4 3.0 g/L。 0010 4. 步骤 1 所描述的方法中响应面设计， 具体为采用 4 因素 27 水平的中心组合实 验 （Box-behnken） ， 确定显著因素 pH、 KH2PO4、 蛋白胨。
12、、 葡萄糖的中心点分别为 ： 8.0， 8.0 g/ L， 18.0 g/L， 20.0 g/L， 其它成分的配比为 ： 酵母膏 8.0 g/L， Na2HPO4 15.0 g/L， MgSO4 3.0 g/L。 0011 本发明的所使用微生物为产酸克雷伯氏菌 （Klebsiella oxytoca） ACCC01324， 购 自中国微生物菌种网。 0012 下面的实施例对本发明作详细说明， 但对本发明没有限制。 0013 实施例 1 本实施例说明 Plackett-Burman 设计筛选影响产氢的显著因素。 0014 影响产酸克雷伯氏菌发酵产氢的可能因素有初始 pH、 KH2PO4、 酵母膏。
13、、 蛋白胨、 Na2HPO4、 MgSO4、 葡萄糖。选用 N=12 的 Plackett-Burman 设计， 设 1 个空白作为误差分析项， 对这 7 个因素进行考察。各因素均取两个水平 ： 高水平 “” 和低水平 “-” 。运用 SAS 9.0 软件分别计算各因素的效应值， 并对各因素效应进行 t 检验， 选择置信度较高的因素作为 显著因素。Plackett-Burman 设计及结果见表 1， 各因素所代表的水平及显著性， 见表 2。 0015 表 1 Plackett-Burrman 设计 说 明 书 CN 102660476 A 4 3/4 页 5 运用 SAS9.0 软件分析结果可。
14、知显著性大小为 ： KH2PO4 蛋白胨 pH 葡萄糖 Na2HPO4 酵母膏 MgSO4。KH2PO4、 蛋白胨、 pH、 葡萄糖置信度都在 95% 以上， 故上述四种因素为产酸克 雷伯氏菌发酵产氢培养基的主效因素， 可以对KH2PO4、 蛋白胨、 pH、 葡萄糖进行最陡爬坡实验 以确定响应面的中心点。 0016 实施例 2 响应面拟合方程只有在邻近最大真实值区域里才能较好地反映真实情形， 所以应先逼 近最大产氢区域后再建立有效的拟合方程。逼近真实区域的方法主要有 ： 单因素和爬坡试 验。单因素由于所需实验次数较多， 从经济、 时间上均不合算， 最陡爬坡试验由于能在以较 少实验次数获得较好的。
15、结果， 因此被越来越多的人采用。 本实验采用最陡爬坡实验设计 （见 表 3） ， 寻找最大产氢区。根据 Plackett-Burman 法筛选出的显著因素的效应设定它们的步 长分别为 ： 0.5， 0.5， 1.5， 3 初始值为 ： 6.0， 6.0， 12.0， 8.0， 选定非主效应因子水平为 ： 酵母 膏 8.0 g/L， Na2HPO4 15.0 g/L， MgSO4 3.0 g/L。从实验结果可以看出 ： 在实验 5 中 pH 在 8.0， KH2PO4为 8.0 g/L， 蛋白胨为 18.0 g/L， 葡萄糖为 20.0 g/L 时， 产氢量达到最大， 然后 不断下降。故实验 5 为响应面的中心点。 0017 实施例 3 在确定显著因素 pH、 KH2PO4、 蛋白胨、 葡萄糖的中心点分别为 ： 8.0， 8.0 g/L， 18.0 g/L， 20.0 g/L， 其它成分的配比为 ： 酵母膏 8.0 g/L， Na2HPO4 15.0 g/L， MgSO4 3.0g/L， 采用 4 因 素 27 水平的中心组合实验 （Box-behnken） 设计 , 实验设计及结果见表 4。 说 明 书 CN 102660476 A 5 4/4 页 6 说 明 书 CN 102660476 A 6 。