El desarrollo de una escala industrial de fermentación de lote alimentado.

[pic 5]Oficial de biotecnología 193 (2015), 70-82

[pic 6]Contenido de listas disponibles en ScienceDirect

Oficial de la biotecnología

[pic 7][pic 8]J l ho me ourna pa ge:  www.elsevier.com/locate/jbiotec 

El desarrollo de una escala industrial de fermentación de lote alimentado.                 [pic 9] Simulación

Stephen Goldrick a,b,c , Andrei S' tefan b , David Lovett c , Gary Montague a,1 Barry Lennox b,*

Un Centro de Tecnología Bioprocess biofarmacéutica, Merz Corte, de la Universidad de Newcastle, Newcastle-upon-Tyne, Reino Unido

B Control Systems Group, la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Universidad de Manchester, Manchester, Reino Unido

C perspicaz Engineering Limited, Vanguard House, Keckwick Lane, Daresbury, Cheshire, Reino Unido[pic 10]

A r t i c a l e s i n f o[pic 11][pic 12]

A b s t r a c t

Artículo historial:

Recibida el 3 de julio de 2014

Recibido en forma revisada el 13 de octubre de 2014

Aceptado el 23 de octubre de 2014

Disponible en Internet el 1 de noviembre de 2014[pic 13]

Keywords:

Modelización cinética de fermentación industrial la producción de penicilina de simulación del modelo estructurado

Este documento describe una simulación de un FED-a escala industrial de fermentación por lotes que puede ser utilizado como un punto de referencia en el proceso de control y análisis de sistemas de estudios. La simulación se ha desarrollado utilizando un modelo anistic mech- y validado con datos históricos recopilados desde una penicilina a escala industrial y proceso de fermentación. Cada lote se llevó a cabo en un biorreactor de 100.000 L que utiliza una cepa industrial de Penicillium chrysogenum. El manipular variables registradas durante cada uno de los lotes fueron utilizados como insumos para el simulador y los resultados predichos fueron comparados con el on-line y off-line mediciones registradas en el proceso real. El simulador adaptado un modelo estructurado publicados anteriormente para describir la fermentación de penicilina y los extended it to include the main environmental efectos del oxígeno disuelto, pH, viscosidad, temperatura y dióxido de carbono disuelto. Además, los efectos de las concentraciones de ácido fenilacético y nitrógeno en la biomasa y tasas de producción de penicilina fueron también incluidos. El modelo simulado de las predicciones de todas las on-line y off-line, incluyendo las mediciones de proceso off-análisis de gases, se encontraban en buen acuerdo con los registros de los lotes. El simulador y datos de procesos industriales están disponibles para abajo- carga a www.industrialpenicillinsimulation.com and can be  used to evaluate, study and improve on  the current control strategy implemented on  this facility.

Copyright © 2014 Publicado por Elsevier B.V. Todos los derechos reservados.[pic 14]

1. Introducción

Producción a escala industrial de antibióticos fue promovido mediante el desarrollo de fermentación tanque profundo durante el escalado de la penicilina en la década de 1940 (Shuler y Kargi, 2002). Esta técnica transformó el sector de la biotecnología en una bil- León industria de dólar con deep-tanque de fermentación en su núcleo. A pesar de la dependencia de las grandes farmacéuticas y de biotecnología com- empresas en gran escala, fermentaciones restricciones reguladoras han limitado la innovación y disminución de R&D en proceso avanzado con- trol estrategias, que incluye el desarrollo de modelos matemáticos en esta escala (Grabowski et al., 1978; Yu, 2008).

La mayoría de las investigaciones realizadas sobre la fermentación pro- cesses ha utilizado a escala de laboratorio, algunos equipos de esta investigación se ha centrado en el desarrollo de primer principio modelos matemáticos. Como la penicilina fue la primera antibiotic to  be  commercially escalada

∗ autor correspondiente. Tel.: +44 161 306 4661.[pic 15]

E-mail: barry.lennox@manchester.ac.uk (B. Lennox).

1   dirección actual: Teesside University, Middlesbrough, Tees Valley, Reino Unido.

Arriba, una considerable cantidad de investigación se ha centrado en cuanti- tatively describen este proceso. Modelos definidos para este tipo de proceso, rango de altamente complejos modelos estructurados que- ríamos la estructura interna del hongo Penicillium chrysogenum (Paul y Thomas, 1996; Megee et al., 1970; Wang, y Nestaas

1983; Nielsen, 1993), a más simplistas modelos no estructurados basados en expresiones cinéticas de crecimiento perfiles de penicilina y biomasa (Righelato et al., 1968; Birol et al., 2002; y 1980, Reul Bajpai). Durante la última década ha sido la más sencilla modelos no estructurados que se han aplicado con más frecuencia para aplicaciones industriales (Menezes y Alves, 1994). El más notable es que el modelo no estructurados desarrollado por Bajpai y Reul (1980) que ha sido prorrogado por Birol et al. (2002) y utilizado como la prueba estándar cama para casi cada aspecto de control incluyendo bioprocess statisti multivariado- cal para el control y la monitorización de procesos (Lee et al., 2004; y Ündey Ertunc' , 2003), el análisis del modelo de regresión (Zhang y Lennox, 2004) y optimización de estrategias de alimentación (Ashoori et al., 2009). De cualquier modo, sobre la base de la limitada aplicación de modelos en la industria, hay una división clara entre una fermentación académica útil y práctico modelo industrial. Ha sido puesto de relieve por Patnaik (2001) que más información contiene un modelo más complejo se hace, lo que reduce su "utilidad" para el seguimiento y control

...