A robust soft sensor based on artificial neural network for monitoring microbial lipid fermentation processes using Yarrowia lipolytica

雅罗维亚 发酵 人工神经网络 生物 化学 生物系统 食品科学 生物化学 酵母 人工智能 计算机科学
作者
Kaifeng Wang,Wenyang Zhao,Lu Lin,Tianjing Wang,Ping Wei,Rodrigo Ledesma‐Amaro,Aihui Zhang,Xiao‐Jun Ji
出处
期刊:Biotechnology and Bioengineering [Wiley]
卷期号:120 (4): 1015-1025 被引量:16
标识
DOI:10.1002/bit.28310
摘要

Abstract Microbial oils produced by Yarrowia lipolytica offer an environmentally friendly and sustainable alternative to petroleum as well as traditional lipids from animals and plants. The accurate measurement of fermentation parameters, including the substrate concentration, dry cell weight, and lipid accumulation, is the foundation of process control, which is indispensable for industrial lipid production. However, it remains a great challenge to measure the complex parameters online during the lipid fermentation process, which is nonlinear, multivariate, and characterized by strong coupling. As a type of AI technology, the artificial neural network model is a powerful tool for handling extremely complex problems, and it can be employed to develop a soft sensor to monitor the microbial lipid fermentation process of Y. lipolytica . In this study, we first analyzed and emphasized the volume of sodium hydroxide and dissolved oxygen concentration as central parameters of the fermentation process. Then, a soft sensor based on a four‐input artificial neural network model was developed, in which the input variables were fermentation time, dissolved oxygen concentration, initial glucose concentration, and additional volume of sodium hydroxide. This provides the possibility of online monitoring of dry cell weight, glucose concentration, and lipid production with high accuracy, which can be extended to similar fermentation processes characterized by the addition of bases or acids, as well as changes of the dissolved oxygen concentration.
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