58. Математические модели оптимизации параметров биотехнологических процессов,

В последние 25 лет с внедрением управляемых культур биотехнологи переходят от простой задачи поддержания определенных параметров среды к управлению процессом в целом. Для реализации управляемого культивирования необходимо построение алгоритмов управления, основанных на моделях биотехнологического процесса.

Моделирование является одним из наиболее значимых направлений при разработке биотехнологических процессов, так как с помощью моделирования, экспериментального и математического, исследуются и разрабатываются новые процессы, совершенствуются аппараты и технологические схемы производств. При экспериментальном моделировании в лабораторных и промышленных условиях применяются, как правило, модели объектов процессов, отличающимися масштабами.

Эти два (эксп. и матем.) подхода дополняют друг друга и позволяют более эффективно решать поставленные задачи. Экспериментальное моделирование часто предшествует математическому, являясь для него источником информации.

Математические модели - удобное средство обобщения экспериментальных данных. Известны неструктурированные модели, предполагающие простейший подход к моделированию роста культуры клеток и описывающие только количество биологи -ческой фазы (биологического агента), и структурированные модели (компартментальные и метаболические), учитывающие состав биофазы. Причем компартментальные модели являются более простыми и включают небольшое число переменных, а метаболические модели являются более сложными и включают все ключевые детали метаболизма. Наличие математических моделей позволяет более обоснованно подходить к планированию экспериментов и обрабатывать данные, существенно сокращать объем экспериментальных работ. Оптимизация биотехнологических процессов осуществляется на основе сочетания экспериментального и математического моделирования и применения современных методов оптимизации (динамического и нелинейного программирования, вариационного исчисления). Однако в настоящее время для оценки оптимальности биотехнологических процессов трудно даже подобрать критерии. Как правило, на первых этапах оптимизируются отдельные звенья, стадии, параметры процесса и только потом весь процесс в целом, что наиболее эффективно. Моделирование и оптимизация биотехнологических процессов -задача сложная и во многом еще неразрешенная, однако именно разработка адекватных моделей разных биотехнологических процессов и создание на этой основе современных методов оптимизации и управления важнейших направлений биотехнологии, без которых невозможен прогресс.

59. Математические модели выбора рациональных дозировок препаратов и условий проведения биокатализа с целью получения продукции с заданными составом и свойствами

Биокатализ и биотрансформация являются процессами химического превращения одного или более веществ, протекающими под действием катализаторов-ферментов, применяемых в очищенном виде или в составе клеток микроорганизмов либо изолированных животных или растительных клеток. При этом биотрансформация – это относительно неглубокое химическое превращение уже в основном сформированного химического соединения под влиянием ферментов. При биокатализе же возможен синтез нового вещества из различных по структуре реагентов или разложение сложного вещества под воздействием ферментов.

Математическое описание процесса направ биок – это совокупность эксперементальных данных отражающих соотношение между управляющими и управляемыми параметрами и выбранными критериями выхода и качества продукта биокатализа.

Представленная модель имеет вид:yi=fi(x1…xn),где i= 1..n

Математическая модель направленного биокатализа основана на изменение пределах х, кот устанавливают экспериментально.

Методология включает в себя подбор не только специфичности ферментов но и режимов биокатализа

Для обработки растит, жив, микробного сырьевых источников так и нетрадиционных источников включая вторичные сырьевые ресурсы, с целью получения различных продуктов и ингредиентов. Промышленный направленный биокатализ основан на совокупности данных обуславливающих совершенство традиционных и создание новых технологий в пищевой, легкой, фармацевтической промышленности и бытовой химии. В промышленной концепции направленного биокатализа существует понятие – ограниченного биокатализа -с целью сохранения природных качеств и свойств и выхода продукта.(в технологии пищ белков процесс идет до состояния растворимых форм, а не конечного продукта - аминокислот; в технологиях пектина, продолжительность ферментационного процесса обусловлена максимальным выходом продукта и сохранением желирующих свойств). Использование измененных композиций включающие ферменты непосредственно действующие на субстрат – предшественники готового продукта, то и комплекс ферментов разрушающих структуру клеточной стенки растения(целлюлаза, ксилоназа, глюканаза)(Действие беттаглюканазы приводит к увеличению выхда эфирных масел и улучшению их качества, за счет освобождения глюкозидносвязанных форм) Направленный биокатализ решает экологические проблемы. В том числе замена кислотного и щелочного гидролиза на ферментативный.