Construction of a software for kinetic simulation and curve fitting to fed batch fermentation process

Este trabalho teve como objetivo desenvolver um programa computacional capaz de auxiliar o estudo da cinética de fermentação em reator de batelada alimentada ou simples. O resultado foi o programa nomeado FERMENTA, o qual simula fermentação considerando tanto um único substrato, os açúcares redutores totais (ART), como dois substratos, a glicose e a frutose. A descrição cinética resulta de um procedimento computacional de simulação que utiliza equações modelo para a estimativa da velocidade específica de crescimento da levedura ( ? ), resolvendo numericamente, por Runge-Kutta de quarta ordem, as equações diferenciais dos balanços de massa para os componentes no reator. Os dados inseridos são os parâmetros de operação do reator e os valores dos parâmetros cinéticos da equação escolhida. A resposta é apresentada como gráfico das curvas cinéticas da concentração dos componentes, informando qualquer valor em qualquer instante. Se há dados experimentais, também são calculados os desvios entre estes e os valores simulados. Uma estratégia de regressão a partir da simulação utiliza uma matriz do tipo empregado em desenho fatorial completo e permite o ajuste dos parâmetros da equação para ? ao conjunto de dados experimentais, sem o conhecimento prévio dos valores dos parâmetros cinéticos nesta equação. A resposta, ou "melhor ajuste", é o conjunto dos valores destes parâmetros que minimiza os desvios. O programa disponibiliza 28 diferentes equações para ? , todas coletadas na literatura. Quando simula ou ajusta considerando dois substratos, resolve para ? = ?G + ?F ,ou seja, estratifica a modelagem do metabolismo para cada substrato e, deste modo, tem-se 282 =784 modelos diferentes que podem ser testados. A linguagem de programação empregada foi o Object Pascal e a construção do programa utilizou o software compilador Borland® Delphi 7, o que permitiu obter-se um aplicativo de fácil utilização, orientado por eventos simples e em ambiente WindowsThis work aimed at developing a computer program able to the study of alcoholic fermentation kinetics in single or fed-batch reactor. The result was a program named FERMENTA, which simulates the fermentation, considering both a single substrate, the Total Reducing Sugars (TRS), and for two substrates, glucose and fructose. The kinetic description results from a computational procedure for simulation that uses equations to estimate the yeast specific growth rate ( ? ), and to solve numerically, by fourth order Runge-Kutta, mass balances differential equations for the components in the reactor. Data are inserted as the parameters of reactor operation and the equation kinetics coefficients values. The result is shown as a graph of the kinetic curves for components concentration, also informing any value at any time. With the experimental data, the deviations between it and simulated values are also calculated. A strategy of recurrence from the simulation using a matrix of the type used in full factorial design allows adjusting the equation to the experimental data set without prior knowledge of the kinetic coefficients values. The response, or "best fit", is the set of values of these coefficients that minimizes the deviations. The program has 28 different equations for calculate ?, all gathered in the literature. When simulating or adjusting considering two substrates, the program solves for ? = ?G + ?F equation, i.e., it stratifies the metabolism by substrate and, thus, there are 282 = 784 different models that can be tested. The computer language used was the Object Pascal and the program construction used Borland® Delphi 7 Studio Architec Edition software, which allowed to obtain an application for Windows environment, simple event-driven and easy to us