Ajuste de datos experimentales de procesos de fermentativos mediante el empleo de modelos no estructurados

Abstract

It is important to understand the microbial growth kinetics for the design and operation of fermentation systems. Models are employed to describe the behavior of the microorganism under different physical and chemical conditions as the temperature, the pH and the water activity. These models allow the prediction of the microbial security or the shelf life of products, the detection of critical parts of the production and distribution processes and the optimization of distribution and production chains. Mathematical models ease the data analysis and they can provide a strategy to solve problems found in industrial fermentation processes. The present study has the purpose of developing programs that fit experimental data from fermentations kinetics, yielding important parameters for the appropriate description of the fermentation process, such as substrate consumption yields, maximum growth rate constants, parameters for the product formation, among info:eu-repo/semantics/others. Programmed mathematical models in MATLAB to obtain kinetic parameters from the analyzed fermentations fitted in a satisfactory way the experimental data and the residuals did not show any tendency. From the comparison with the GREG program in Fortran it was found that the parameters and the residuals are similar, besides the use of the F test allowed to discriminate between studied models for the biomass concentration fitting. The two-parameter Gompertz model was selected by the F test and it was used to fit substrate consumption and product formation kinetics.

Es importante entender la cinética de crecimiento microbiano para el diseño y operación de sistemas de fermentación. Los modelos son empleados para describir el comportamiento del microorganismo bajo diferentes condiciones físicas y químicas tales como la temperatura, el pH y la actividad del agua. Estos modelos permiten la predicción de la seguridad microbiana o la vida de anaquel de los productos, la detección de partes críticas de los procesos de producción y distribución y la optimización de cadenas de distribución y producción. Los modelos matemáticos facilitan el análisis de datos y pueden proporcionar una estrategia para resolver problemas encontrados en procesos de fermentación industrial. El presente estudio tiene la finalidad de desarrollar programas que ajusten datos experimentales de cinéticas de fermentaciones, arrojándonos parámetros importantes para la adecuada descripción del proceso de fermentación, tales como rendimientos de consumo de sustratos, constantes de velocidad de crecimiento máxima, parámetros para la formación de producto, entre otros. Los modelos matemáticos programados en MATLAB para la obtención de los parámetros de las cinéticas de las fermentaciones analizadas ajustaron de manera satisfactoria los datos experimentales y los residuales no mostraron tendencia alguna. De la comparación con el programa GREG en Fortran se encontró que los parámetros y los residuales son similares, además el empleo de la prueba F permitió discriminar entre los modelos estudiados para el ajuste de la concentración de biomasa. El modelo de Gompertz de dos parámetros fue seleccionado por la prueba F y éste se utilizó para ajustar las cinéticas de consumo de sustrato y formación de producto.