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
专利名称：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：
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：
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。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。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/ (L*h)，平均产氢速率为1.7 mmol/ (L*h)，持续产氢时间为15 do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
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、KH2P04、酵母膏、蛋白胨、Na2HP04、MgS04、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。I. 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最佳水平筛选出最佳的发酵培养基。
2.步骤I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I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，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.步骤I所描述的方法中最陆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，I. 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。4.步骤I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、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。 本发明的所使用微生物为产酸克雷伯氏菌ACCCO1324，购自中国微生物菌种网。下面的实施例对本发明作详细说明，但对本发明没有限制。实施例I
本实施例说明Plackett-Burman设计筛选影响产氢的显著因素。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、蛋白胨、Na2HPO4、MgSO4、葡萄糖。选用N=12的Plackett-Burman设计,设I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。表 I Plackett-Burrman 设计
权利要求
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ρΗ、ΚΗ2Ρ04、酵母膏、蛋白胨、Na2HP04、MgS04、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,通过最陆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I所述的方法，其特征在于使用Plackett-Burman设计的参数为N=I2的Plackett-Burman设计,设I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. O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I所述的方法，其特征在于最陆爬坡实验根据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，I. 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。
4.根据权利要求I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. O g/L, 20. O g/L，其它成分的配比为:酵母膏 8.0 g/L, Na2HPO4 15.0 g/L,MgSO4 3. O g/L。
全文摘要
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。
文档编号C12N1/20GK102660476SQ20121014168
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月9日 优先权日2012年5月9日
发明者陶军 申请人:苏州工业园区七星电子有限公司
技术领域：
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：
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。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。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/ (L*h)，平均产氢速率为1.7 mmol/ (L*h)，持续产氢时间为15 do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
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、KH2P04、酵母膏、蛋白胨、Na2HP04、MgS04、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。I. 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最佳水平筛选出最佳的发酵培养基。
2.步骤I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I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，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.步骤I所描述的方法中最陆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，I. 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。4.步骤I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、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。 本发明的所使用微生物为产酸克雷伯氏菌ACCCO1324，购自中国微生物菌种网。下面的实施例对本发明作详细说明，但对本发明没有限制。实施例I
本实施例说明Plackett-Burman设计筛选影响产氢的显著因素。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、蛋白胨、Na2HPO4、MgSO4、葡萄糖。选用N=12的Plackett-Burman设计,设I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。表 I Plackett-Burrman 设计
权利要求
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ρΗ、ΚΗ2Ρ04、酵母膏、蛋白胨、Na2HP04、MgS04、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,通过最陆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I所述的方法，其特征在于使用Plackett-Burman设计的参数为N=I2的Plackett-Burman设计,设I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. O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I所述的方法，其特征在于最陆爬坡实验根据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，I. 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。
4.根据权利要求I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. O g/L, 20. O g/L，其它成分的配比为:酵母膏 8.0 g/L, Na2HPO4 15.0 g/L,MgSO4 3. O g/L。
全文摘要
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。
文档编号C12N1/20GK102660476SQ20121014168
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月9日 优先权日2012年5月9日
发明者陶军 申请人:苏州工业园区七星电子有限公司
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