Inteligência computacional aplicada à modelagem e otimização de bioprocessos
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Date
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Universidade Federal de São Carlos
UFSCar
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQ
Campus São Carlos
UFSCar
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQ
Campus São Carlos
DOI
Abstract
Description
This work deals with modeling applications, systematic and reliable optimization
methodologies of global search, and other computational tools. It is expected that
existing computational intelligence methods, encoded in an appropriate tool for the
application of process engineering assisted by computer, can lead to useful numerical
results for the modeling and optimization of different processes, including
biotechnological processes (focus of this work). Thus, different types of methodologies
suitable for computer applications, were studied here. The proposed methodologies
were implemented and evaluated for the development and optimization of culture media
for the fermentation process of Clostridium novyi type B, besides the fermentation
process and enzymatic hydrolysis of bagasse associated with the production of
bioethanol (1G and 2G). Thus, the potential application of these computational
techniques was evaluated to biotechnological systems in different approaches. More
specifically, it was performed: Classification of biotechnological systems (
"clustering") in kinetically similar regions to produce cellulosic ethanol (2G ethanol)
using fuzzy logic; estimation by global search of kinetic parameters to an alcoholic
fermentation model using Simmulated Annealing algorithm (SA) (Contributions to the
thematic project FAPESP 2011 / 51902-9); formulation and optimization of
economically viable culture media for Clostridium novyi type B using neuro-fuzzy data
modeling followed by global search which maximize productivity, also utilizing SA
algorithm as a search engine (this step of the project was conducted in partnership with
the veterinary pharmaceutical company Vallée SA). The computational tools presented
in this work were highly effective for modeling and optimization of the bioprocesses
studied.
Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)
Este trabalho aborda aplicações de modelagem, metodologias sistemáticas e confiáveis de otimização por busca global, além de outras ferramentas computacionais. Espera-se que métodos de inteligência computacional existentes, codificados em uma ferramenta apropriada para a aplicação da engenharia de processos assistida por computador, resultem em resultados numéricos úteis para a modelagem e otimização de diferentes processos, incluindo-se os processos biotecnológicos (foco deste trabalho). Assim, diferentes tipos de metodologias, apropriadas para aplicações em computador, foram aqui estudadas. Os métodos propostos foram aplicados e avaliados ao desenvolvimento e otimização de meios de cultura para o processo fermentativo do microrganismo Clostridium novyi tipo B, além dos processos de fermentação alcoólica e hidrolise enzimática de bagaço de cana, associados à produção de bioetanol (1G e 2G). Desta forma, foi avaliado o potencial de aplicação destas técnicas computacionais aos sistemas biotecnológicos, em diversas abordagens. Mais especificamente, foram realizadas: classificação (“clustering”) de sistemas em regiões cineticamente semelhantes para a produção de etanol celulósico (Etanol 2G) utilizando lógica Fuzzy; estimação por busca global de parâmetros cinéticos do modelo para uma fermentação alcoólica utilizando o algoritmo Simmulated Annealing (SA) (Contribuições ao projeto temático FAPESP 2011/51902-9); formulação e otimização do meio de cultura economicamente viável para o Clostridium novyi tipo B utilizando a modelagem de dados por neuro-fuzzy seguido de busca global da composição de meio que maximize a produtividade utilizando também o algoritmo SA como ferramenta de busca global (esta etapa do projeto foi realizado em parceria com a empresa farmacêutica veterinária Vallée S.A). As ferramentas computacionais apresentadas neste trabalho se mostraram altamente efetivas para a modelagem e otimização dos bioprocessos estudados."
FAPESP: 2011/51902-9.
FAPESP: 2008/56246-0.
Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)
Este trabalho aborda aplicações de modelagem, metodologias sistemáticas e confiáveis de otimização por busca global, além de outras ferramentas computacionais. Espera-se que métodos de inteligência computacional existentes, codificados em uma ferramenta apropriada para a aplicação da engenharia de processos assistida por computador, resultem em resultados numéricos úteis para a modelagem e otimização de diferentes processos, incluindo-se os processos biotecnológicos (foco deste trabalho). Assim, diferentes tipos de metodologias, apropriadas para aplicações em computador, foram aqui estudadas. Os métodos propostos foram aplicados e avaliados ao desenvolvimento e otimização de meios de cultura para o processo fermentativo do microrganismo Clostridium novyi tipo B, além dos processos de fermentação alcoólica e hidrolise enzimática de bagaço de cana, associados à produção de bioetanol (1G e 2G). Desta forma, foi avaliado o potencial de aplicação destas técnicas computacionais aos sistemas biotecnológicos, em diversas abordagens. Mais especificamente, foram realizadas: classificação (“clustering”) de sistemas em regiões cineticamente semelhantes para a produção de etanol celulósico (Etanol 2G) utilizando lógica Fuzzy; estimação por busca global de parâmetros cinéticos do modelo para uma fermentação alcoólica utilizando o algoritmo Simmulated Annealing (SA) (Contribuições ao projeto temático FAPESP 2011/51902-9); formulação e otimização do meio de cultura economicamente viável para o Clostridium novyi tipo B utilizando a modelagem de dados por neuro-fuzzy seguido de busca global da composição de meio que maximize a produtividade utilizando também o algoritmo SA como ferramenta de busca global (esta etapa do projeto foi realizado em parceria com a empresa farmacêutica veterinária Vallée S.A). As ferramentas computacionais apresentadas neste trabalho se mostraram altamente efetivas para a modelagem e otimização dos bioprocessos estudados."
FAPESP: 2011/51902-9.
FAPESP: 2008/56246-0.
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