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柠檬酸三钙中和过程的强化学习优化控制
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作者 祝丽娜 苗茂栋 +4 位作者 金赛 赵忠盖 孙福新 石贵阳 刘飞 《化工学报》 北大核心 2025年第6期2838-2847,共10页
三钙中和过程是柠檬酸提取工艺的重要工序,是影响柠檬酸成品质量、产品收率的关键工段。该过程具有时滞、无参考轨迹、初始物料变化大、反应不可逆等特点,传统控制算法很难对其进行优化控制。针对上述问题,用强化学习算法深度确定性策略... 三钙中和过程是柠檬酸提取工艺的重要工序,是影响柠檬酸成品质量、产品收率的关键工段。该过程具有时滞、无参考轨迹、初始物料变化大、反应不可逆等特点,传统控制算法很难对其进行优化控制。针对上述问题,用强化学习算法深度确定性策略(DDPG)对实际的三钙中和过程进行优化控制。考虑到基于模型的强化学习方法可使智能体在学习的模型中进行无成本的探索,建立三钙中和过程的长短期记忆(LSTM)模型,并对其损失函数进行改进,减小了仿真模型与实际环境的差距,然后利用该模型进行强化学习训练,并将训练好的控制策略用于实际三钙中和过程。实验结果表明,该方法可以将仿真训练出的最优策略成功应用于实际三钙中和过程,并取得较好的结果。 展开更多
关键词 三钙中和过程 优化控制 深度确定性策略 基于模型的强化学习 长短期记忆
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柠檬酸发酵过程种子罐培养液质量参数的近红外预测模型
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作者 穆良银 赵忠盖 +2 位作者 金赛 孙福新 刘飞 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期2819-2826,共8页
在柠檬酸发酵过程中,种子罐中菌种培养的好坏将直接关系到发酵的水平,因此快速准确检测种子罐中培养液质量参数非常重要。柠檬酸发酵过程中种子罐培养液质量参数目前大多采用人工测量,无法满足实时监控和精确控制的需求。基于近红外光谱... 在柠檬酸发酵过程中,种子罐中菌种培养的好坏将直接关系到发酵的水平,因此快速准确检测种子罐中培养液质量参数非常重要。柠檬酸发酵过程中种子罐培养液质量参数目前大多采用人工测量,无法满足实时监控和精确控制的需求。基于近红外光谱,针对种子罐培养液中总酸(TA)和还原糖(RS)的测量,构建了化学计量模型。首先,对原始光谱进行分析,为消除随机噪声以及减少批次差异性对于样本光谱的影响,依次采用平滑处理(SG)和去趋势处理(DT)的SG-DT方法进行光谱预处理。然后,利用间隔偏最小二乘(iPLS)方法对光谱进行特征波长选择,讨论了不同划分区间数对选择结果的影响,并确定了目标质量参数为总酸(TA)时的最佳划分区间数为21,特征波长个数为495,目标质量参数为还原糖(RS)时的最佳划分区间数为20,特征波长个数为361。分析光谱变量和质量参数变量之间的相关程度,引入BP网络建立总酸(TA)的校正模型,分别用PLSR和BP网络建立还原糖(RS)的校正模型,比较模型预测效果以确定最优模型。得到基于BP网络的总酸(TA)的最优预测模型的R_(p)^(2)为0.8085,RMSEP为0.1234;基于BP网络的还原糖(RS)的模型预测效果优于PLSR模型,最优模型的R_(p)^(2)为0.9647,RMSEP为0.1739。在复杂的柠檬酸发酵系统中实现了发酵过程中菌种培养过程多质量参数在线预测,为发酵过程的实时智能控制提供了依据。 展开更多
关键词 柠檬酸发酵 种子罐培养液 质量参数 近红外光谱 预测模型
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发酵法生产柠檬酸的研究进展 被引量:19
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作者 王宝石 陈坚 +6 位作者 孙福新 庞海强 李由然 张梁 丁重阳 顾正华 石贵阳 《食品与发酵工业》 CAS CSCD 北大核心 2016年第9期251-256,共6页
柠檬酸是一种具有多功能的重要有机酸,是当前世界上产量和消费量最大的食用有机酸,伴随着在新兴产业领域的广泛应用,其需求量以每年5%的速度增长。发酵法生产柠檬酸起步较早,但工艺鲜有创新;文中首先介绍了柠檬酸生产工艺国内外研究现状... 柠檬酸是一种具有多功能的重要有机酸,是当前世界上产量和消费量最大的食用有机酸,伴随着在新兴产业领域的广泛应用,其需求量以每年5%的速度增长。发酵法生产柠檬酸起步较早,但工艺鲜有创新;文中首先介绍了柠檬酸生产工艺国内外研究现状,并以产业化的视角,纵观柠檬酸生产全过程分析限制柠檬酸快速增长的瓶颈,着重提出了实现柠檬酸高效生产与清洁生产相统一的主要策略,为实现柠檬酸高效绿色制造奠定基础。 展开更多
关键词 柠檬酸 同步糖化发酵 多糖分子量分布 连续发酵 废水资源化利用
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基于超声波诱导孢子萌发与糖化酶活力表征移种策略高效合成柠檬酸 被引量:1
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作者 王宝石 陈坚 +6 位作者 孙福新 庞海强 李由然 张梁 丁重阳 顾正华 石贵阳 《食品与发酵工业》 CAS CSCD 北大核心 2016年第12期1-6,共6页
柠檬酸作为最成熟的平台化合物,近年来在新型行业的应用需求呈现出逐渐增长的趋势,实现其高效生产具有重要的现实意义。针对柠檬酸传统发酵方式中存在的种子培养前期延滞期长与发酵菌种活力波动大的缺陷,采用超声波预处理黑曲霉孢子120... 柠檬酸作为最成熟的平台化合物,近年来在新型行业的应用需求呈现出逐渐增长的趋势,实现其高效生产具有重要的现实意义。针对柠檬酸传统发酵方式中存在的种子培养前期延滞期长与发酵菌种活力波动大的缺陷,采用超声波预处理黑曲霉孢子120 s,诱发孢子级联反应而活化孢子,提高种子活力,缩短种子培养时间1.5 h,发酵效率提升8.13%;发酵罐水平系统研究种子整个生命周期中的关键指标变化规律,发现自身分泌的糖化酶能够直观反映细胞活力,以此为移种标准,契合柠檬酸同步糖化发酵的特点。集成超声波诱导孢子萌发与糖化酶活力表征移种的策略,获得高活力发酵菌种,总发酵时间缩短7.9 h,发酵产率提升11.76%,实现了柠檬酸高效合成。研究结果同时对于丝状真菌或类似微生物为主体的发酵过程具有良好借鉴意义。 展开更多
关键词 超声波诱导 黑曲霉孢子 同步糖化发酵 柠檬酸 糖化酶
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孢子预培养与形态控制提高柠檬酸生产效率 被引量:4
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作者 金赛 孙福新 +4 位作者 胡志杰 李由然 堵国成 石贵阳 陈坚 《食品与发酵工业》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期1-7,共7页
现有柠檬酸生产以黑曲霉孢子直接接种,种子延滞期长,发酵水平波动大。针对上述问题,提出孢子预培养策略缩短种子培养周期,通过颗粒物添加和振荡分散调控菌丝球形态均一性。研究获得了最适的孢子预培养条件:碳源为葡萄糖,氮源为玉米浆,Ca... 现有柠檬酸生产以黑曲霉孢子直接接种,种子延滞期长,发酵水平波动大。针对上述问题,提出孢子预培养策略缩短种子培养周期,通过颗粒物添加和振荡分散调控菌丝球形态均一性。研究获得了最适的孢子预培养条件:碳源为葡萄糖,氮源为玉米浆,Ca^(2+)浓度为10 mmol/L,初始pH为5.0,温度为35℃,初始孢子浓度为0.8×10^(7) CFU/mL,在有氧条件下培养10 h。研究发现,孢子萌发前,颗粒物对孢子凝聚和菌丝球形态影响显著(P<0.05),发芽孢子的凝聚对最终菌丝球形态起决定性作用。同时,小菌丝球会导致发酵产酸速率显著提高(P<0.05)。最后,在5000 L规模工艺放大中,种子培养周期缩短12 h以上,成球率增加了18.3%,最大产酸速率提高了7.5%,发酵强度增加0.14 g/(L·h),发酵周期缩短2 h,糖酸转化率升高1.2%。该研究对提升柠檬酸生产效率具有重要参考意义。 展开更多
关键词 黑曲霉 柠檬酸 预培养 孢子萌发 形态控制
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