Modeliranje šaržnih bioreaktorjev
Izr. prof. dr. Jožef Ritonja, univ. dipl. inž., dr. Jernej Černelič, univ. dipl. inž., oba Univerza v Mariboru, Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko;
prof. dr. Andreja Goršek, univ. dipl. inž., izr. prof. dr. Darja Pečar, univ. dipl. inž., obe Univerza v Mariboru, Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo
Povzetek:
Poznavanje matematičnih modelov fermentacijskih procesov je nepogrešljivo za načrtovanje bioreaktorjev, simulacijo njihovega delovanja, optimiranje fermentacijskih procesov in načrtovanje in sintezo regulacijskih sistemov za njihovo vodenje. Prispevek se osredotoča na določitev dinamičnega matematičnega modela procesa fermentacije mleka, ki poteka v šaržnem bioreaktorju. V literaturi poznani modeli ne omogočajo analize vpliva temperaturnih sprememb na presnovo med fermentacijo. Članek prikazuje odkritja obsežne multidisciplinarne študije, v kateri smo razvili nov matematični model, ki upošteva vpliv temperature na dinamiko sproščanja CO2 med fermentacijo v šaržnem bioreaktorju. Na podlagi laboratorijskih poskusov in teoretične analize je bila najprej določena ustrezna struktura izpeljanega razširjenega modela. Nato smo z metodo optimizacije roja delcev identificirali modelne parametre preučevanega procesa. Na koncu smo meritve laboratorijskih poskusov primerjali s simulacijami z izpeljanim modelom. Izpeljani razširjeni model se je izkazal kot zelo primeren za simulacije, predvsem pa omogoča načrtovanje in sintezo krmilnih sistemov za šaržne bioreaktorje.
Ključne besede:
biotehnologija, bioprocesno inženirstvo, fermentacijski proces, šaržni bioreaktorji, modeliranje fermentacijskega procesa, identifikacija parametrov, optimizacija z rojem delcev