شماره ركورد
33994
پديد آورنده
زينب روستاآزاد
عنوان
شبيه سازي توليد آنزيم سلولاز در بيوراكتور بسترآكنده تخمير حالت جامد
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي بيوتكنولوژي
سال تحصيل
1404
تاريخ دفاع
1404/5/5
استاد راهنما
خانم دكتر پريسا حجازي
استاد مشاور
نداشتم
دانشكده
مهندسي شيمي
چكيده
در سالهاي اخير روش تخمير حالت جامد بهعنوان روش مناسبي براي توليد آنزيم سلولاز مورد توجه قرار گرفته است. بديهي است كاربرد موفق اين روش، مستلزم شناخت هر چه بيشتر ابعاد مختلف آن است كه در نهايت ميتواند در قالب يك مدلسازي رياضي مناسب متجلي گردد. در روش تخمير حالت جامد محدويت¬هايي همچون پايين بودن ميزان انتقال جرم و حرارت در بستر وجود دارد كه در نتيجه آن به تدريج دما افزايش يافته و در صورت عدم كنترل دما، موجب مرگ ميكروارگانيسم¬ها مي¬شود. در اين تحقيق، براي بررسي سينتيك رشد و تعيين ثوابت معادله مربوطه، از مقادير تجربي CO2 مقاله¬اي كه در آن بيوراكتورهاي كوچك لوله اي با حجم كاري 20 ميلي¬ليتر و هوادهي با جريان(〖cm〗^3/s ) 33/0 به كار گرفته شده بودند، استفاده شد. براي تعيين تغييرات دما و معادلات انرژي حاكم بر بيوراكتور از مشخصات طراحي مربوط به يك بيوراكتور بسترآكنده از جنس آلومينيوم، بدون ژاكت با حجم 127 ليتر، حجم مفيد 57 ليتر و مجهز به سيستم هوادهي با جريان 33/3 سانتي متر مكعب بر ثانيه، با فرض ثابت بودن ميزان تخلخل، ظرفيت حرارتي و ضريب هدايت حرارتي بستر در مقاله¬اي ديگر استفاده شد. در اين تحقيق براي توصيف رشد قارچ رشتهاي آسپرژيلوس نايجر توليدكننده آنزيم سلولاز مدل لجستيك پيشنهاد شد و پارامترهاي مربوطه در شرايط مختلف دمايي و رطوبت66 درصد در محيط متلب تعيين شدند. نتايج حاصل از پيش بيني توزيع دما با در نظرگرفتن عبارات مختلف انتقال حرارت هدايتي، جابجايي، تبخير و حرارت توليد شده ناشي از متابوليسم ميكروارگانيسم در نظر گرفته شد كه در اين ميان، با توجه به مجهز بودن بيوراكتور به سامانه هوادهي، انتقال حرارت هدايتي محوري نقش كم تري را ايفا كرد. ميزان توليد آنزيم سلولاز با فرض يكنواخت بودن توليد محصول در بيوراكتور بسترآكنده در مقياس بزرگتر به روش عددي در محيط نرمافزار متلب حل شد. با توجه به مدل، انطباق خوبي بين داده¬هاي تجربي (استخراج شده از مقاله) و مدل ارائهشده مشاهده شد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/08/20
عنوان به انگليسي
Simulation of cellulase enzyme production in a packed bed bioreactor for solid-state fermentation
تاريخ بهره برداري
7/27/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
زينب روستاازاد
چكيده به لاتين
In recent years, solid-state fermentation has gained attention as a suitable method for producing cellulase enzymes. Obviously, the successful application of this method requires a deeper understanding of its various aspects, which can ultimately be manifested in a suitable mathematical model. In solid-state fermentation, there are limitations such as low mass and heat transfer rates within the bed, which consequently lead to a gradual increase in temperature. If the temperature is not controlled, it can cause the death of microorganisms. In this research, to study the growth kinetics and determine the constants of the relevant equation, experimental CO2 values from a paper that utilized small tubular bioreactors with a working volume of 20 ml and aeration at a flow rate of 0.33 cm³/s were used. To determine the temperature changes and energy equations governing the bioreactor, design specifications from another article were used for an aluminum packed-bed bioreactor, without a jacket, with a total volume of 127 liters, a working volume of 57 liters, and equipped with an aeration system with a flow rate of 33.3 cm³/s, assuming constant porosity, heat capacity, and thermal conductivity of the bed. In this research, the logistic model was proposed to describe the growth of the filamentous fungus Aspergillus niger, a cellulase enzyme producer, and the relevant parameters were determined under different temperature conditions and 66% humidity in the MATLAB environment. The results of predicting temperature distribution considered various heat transfer terms including conduction, convection, evaporation, and heat generated due to microorganism metabolism. Among these, axial conductive heat transfer played a lesser role due to the bioreactor being equipped with an aeration system. The amount of cellulase enzyme production, assuming uniform product generation in a larger-scale packed-bed bioreactor, was solved numerically in the MATLAB software environment. Based on the model, a good agreement was observed between the experimental data (extracted from the article) and the presented model.
كليدواژه هاي فارسي
مدلسازي رياضي، آنزيم سلولاز، تخمير حالت جامد، بيوراكتور بستر آكنده، آسپرژيلوس نايجر
كليدواژه هاي لاتين
Mathematical modeling, cellulase enzyme, solid-state fermentation, packed bed bioreactor, Aspergillus niger
Author
Zeynab Roostaazad
SuperVisor
Dr. Parisa Hejazi