Unstructured generalized models for the analysis of the inhibito...

During lactic acid fermentation, an inhibitory effect was recorded during seed cultures, usually carried out without pH control; while nutritional limitations (nitrogen) were observed during cultures, carried out at pH controlled at 5.9, which ceased when carbon became limiting. To avoid the use of two different expressions, depending on culture conditions, a generalized model for production was developed, involving a unique expression taking into account both a nutritional limitation and an inhibitory effect. In some conditions, namely at acidic pH control, the model failed to describe accurately growth- and non-growth-associated production. Therefore, the inhibitory term related to the undissociated lactic acid inhibition was added in the growth relation (modified Verlhust model), instead of the production model. The modified Verlhust model allowed a dissociation of the inhibitory and the nutritional effects. A modified Luedeking-Piret expression, involving a carbon substrate limitation to account for cessation of production was considered for the production model. This model proved to satisfactory describes growth and production data in the wide range of culture conditions examined; it also allowed a fine identification and characterization of growth and production parameters 在乳酸发酵过程中，研究者发现了一种抑制效应，这种效应通常出现在没有进行pH控制的种子培养中。另一方面，当培养条件被控制在pH为5.9时，氮素限制成为主要问题，而当碳源变得有限时，这种营养限制会停止。为了统一描述不同培养条件下的生产模型，研究人员开发了一个通用模型，该模型考虑了营养限制和抑制效应的双重影响。 传统的模型在某些特定条件下，比如酸性pH控制下，无法准确描述与生长相关的和非生长相关的产物生成。因此，研究者对Verlhust模型进行了修改，将与未离解乳酸抑制相关的项加入到生长关系中，而不是产品生成模型中。这样修改后的Verlhust模型使得抑制效应和营养限制可以被独立地分析。 对于产品生成模型，研究人员采用了修改后的Luedeking-Piret表达式，这个表达式考虑了碳底物的限制，以解释产品生成的停止。这个模型成功地在广泛的文化条件范围内描述了生长和生产的数据，并且能够精细识别和表征生长和生产参数，这在不同的批量处理（Batch processing）和不同基质限制（Substrate limitation）情况下都是适用的。 在这个研究中，动力学参数（Kinetic parameters）的分析至关重要，因为它们揭示了微生物（如Lactobacillus helveticus）在不同环境下的反应速度和方式。乳酸（Lactic acid）的生成不仅受营养物质（如氮）的影响，还受到其自身未离解形式的抑制作用。通过建立这样的模型，可以更好地理解并预测发酵过程中的生物化学反应和微生物行为。 总结来说，这项工作提出了一个通用的数学模型，用于分析乳酸发酵中抑制效应和营养限制如何共同影响Lactobacillus helveticus的生长。通过修改Verlhust模型和Luedeking-Piret模型，研究人员能够更准确地描述和区分这两种影响，进而优化发酵过程，提高产物质量和产量。该模型的验证和应用对于乳酸发酵过程的控制和优化具有重要的科学价值和工业意义。