еволюції екосистем і багато інших.
Кінетика біотехнологічних процесів вивчає закономірності зміни швидкості росту мікро- організмів і біосинтезу продуктів метаболізму в залежності від поточних концентрацій субстратів, біомаси, продуктів метаболізму, температури і рН середовища. Розглянемо кінетичні закономірності біотехнологічних процесів більш докладно. Найбільш поширені рівняння, що описують кінетику залежно від концентрації лише одного субстрату, який називають лімітуючим; інші субстрати при цьому покладаються знаходяться в надлишку і не впливають на швидкість росту.
Приклади комп'ютерного моделювання найпростіших типових біотехнологічних процесів і систем
комп'ютерний моделювання біотехнологічний
Математичне моделювання процесів періодичного культивування мікроорганізмів
Мікробіологічний синтез (біосинтез) - це процес, який протікає за участю мікроорганізмів і супроводжується утворенням біомаси. Цільовим продуктом біосинтезу є або сама біомаса, або різні речовини, які продукують мікроорганізмами в процесі їх життєдіяльності. Основні стадії процесу біосинтезу - ріст мікроорганізмів і накопичення біомаси - відбувається в ферментаторах, що працюють найчастіше періодично. У них завантажують живильне середовище і засевной дозу мікроорганізмів. Утворену культуральну рідину інтенсивно перемішують. Однак, незважаючи на перемішування, культуральна рідина не є однорідною. По-перше, клітини мікроорганізмів можуть об'єднуватися, утворюючи агломерати; по-друге, неоднорідною є сама поживна середу: в ній можуть міститися дисперговані краплі погано розчинних вуглеводнів і бульбашки газу. Крім того, неоднаковими можуть бути і розміри клітин. При моделюванні періодичного процесу біосинтезу при неоднорідною біомасі вважають, що лімітуючий субстрат знаходиться в живильному середовищі в розчиненому вигляді, а біомаса, завантажувана в апарат, являє собою сукупність окремих агломератів різної маси.
Математичне моделювання процесів безперервного культивування мікроорганізмів
Є два різновиди безперервних процесів культивування мікроорганізмів: процеси повного витіснення, або тубулярні, і процеси повного перемішування, або хемостатного. Розглянемо тубулярний процес культивування. У ході даного процесу живильне середовище і посівний матеріал безперервно надходять в апарат, в якому немає зворотного змішання. Апарат виконується у вигляді довгої труби великого діаметру
Структурна схема математичної моделі ферментатора
У потоках газів або рідин перенесення речовини здійснюється як за рахунок безпосереднього зіткнення молекул та їх взаємодії (молекулярний перенос, який визначається законами мікрокінетікі), так і за рахунок перенесення речовини частинками рідини - конгломератами молекул, - перемещающимися від однієї точки даного середовища в іншу (вихровий перенос, який визначається законами макрокінетики). Переважно вплив того чи іншого механізму визначається гідродинамічної обстановкою процесу. Механізм переносу в межах кожної фази безпосередньо пов'язаний з гідродинамікою однофазного потоку, механізм ж перенесення через поверхню розділу фаз - з гідродинамікою двофазного потоку. Тому при макропереносе речовини важливого значення набуває вихровий рух рідини, оскільки вихори є переносниками енергії і речовини в потоці. У процесі руху рідини відбувається зміна деяких фізичних величин, за якими можна оцінювати сам процес руху. Зміна фізичної величини в загальному випадку може відбуватися як в даній точці з часом (локальне зміна), так і при переході від однієї точки простору до іншої (конвективное зміна).
Математичне моделювання процесів біотрансформації і биокатализа
Біокаталізу і біотрансформація є процесами хімічного перетворення одного або більше речовин, що протікають під дією каталізаторів-ферментів, що застосовуються в очищеному вигляді або у складі клітин мікроорганізмів або ізольованих тварин або рослинних клітин. При цьому біотрансформація - це відносно неглибоке хімічне перетворення вже в основному сформованого хімічної сполуки під впливом ферментів. При Біокаталізу само можливий синтез нової речовини з різних за структурі реагентів або розкладання складної речовини під впливом ферментів.
Математичне моделювання мембранних процесів в біотехнології
Мембранні методи використовуються в біотехнології для виділення, очистки та концентрування продуктів. Всі вони зовні схожі на фільтрацію (оскільки схема процесу включає в себе напів- проникну перегородку), але призначені для розділення частинок різного розміру і дещо відрізняються за рушійній силі процесу і апаратурним оформлення. Так, наприклад, для відділення мікроорганізмів і зважених часток використовується мікрофі...
