فهرست:
عنوان..................................................................................................................................................... صفحه
1- مقدمه. 2
1- 1- مقدمه‌ای بر بیوتکنولوژی.. 2
1-2- بیوتکنولوژی- یک هسته مرکزی با دو جزء 4
1-3- مقدمه‌ای بر فرآیندهای تخمیری.. 5
1-3-1- بخش‌های اصلی فرایند تخمیری.. 7
1-3-2- محیط کشت تخمیر صنعتی.. 8
2- مروری بر کارهای گذشته. 11
2-1- مروری بر کاربردهای کشت نیمه‌پیوسته (غیر مداوم خوراک‌دهی شده) 11
2-2- مروری بر تولید بوتانل از طریق کشت میکروبی.. 13
2-3- مروری بر بهینه‌سازی فرایندهای تخمیر نیمه‌پیوسته. 13
3- فرایند. 16
3-1- طراحی فرمانتور 17
3-2- کشت نیمه پیوسته (غیر مداوم خوارک‌دهی‌شده) 19
3-2-1- مزایای کشت نیمه پیوسته (غیر مداوم خوارک‌دهی‌شده) 20
3-3- بوتانول(بوتیل الکل) 22
3-3- 1- روش های تولید بوتانول.. 25
3-3-2-1- استفاده از بوتانول به عنوان جایگزین سوخت های فسیلی.. 25
3-3-1-2-تحقیقات انجام شده در زمینه تولید بیولوژیکی بوتانول 27
فصل چهارم. 29
4- مدلسازی.. 30
4-1- مدل بیوراکتور نیمه پیوسته. 30
4-2- مدلهای رشد میکروارگانیسم‌ها 31
4-2-1- مدلهای ساختار نیافته. 31
4-2-1-1- مدلهای مونود، هالدن، کناک، تیسیر و موزر 31
4-2-1-2- مدل شبکه عصبی.. 33
4-2-2- مدلهای ساختاریافته. 33
4-2-2-1- مدلهای مبتنی بر آنالیز موازنه فلاکس (FBA) 35
4-2-2-2- مدلهای مبتنی بر آنالیز موازنه فلاکس پویا (DFBA ) 39
4-3- مدلسازی مورد استفاده در این تحقیق.. 40
4-3-1- معادلات حاکم.. 41
4-4-1- مدل آنالیز موازنه فلاکس پویا برای کشت ناپیوسته گونه طبیعی (وحشی) باکتری کلستریدیوم استوبوتیلیکوم 42
4-4-1-1- تعیین پارامترهای بهینه معادلات جذب مواد غذایی 43
4-4-2- مدل آنالیز موازنه فلاکس پویا برای کشت نیمه پیوسته گونه جهش یافته باکتری کلستریدیوم استوبوتیلیکوم 50
5- بهینه‌سازی.. 59
5-1- استراتژی عملیاتی.. 61
6- نتایج، بحث و نتیجه گیری.. 64
6-1- نتایج حاصل از بهینه سازی.. 64
6-2- مطالعات موضوعی.. 67
6-3- بحث و نتیجه گیری.. 68
منابع.. 70
پیوست یک.... 74
پیوست دو 80
منبع:
شجاع الساداتی، عباس (1381). بیوتکنولوژی صنعتی. چاپ اول. تهران: دانشگاه تربیت مدرس، دفتر نشر آثار علمی.
فرازمند، علی (1371). بیوتکنولوژی. چاپ اول. تهران: انتشارات دانشگاه علامه طباطبایی.
روستا، علی اکبر (1382). کاربرد شبکه های عصبی در بدست آوردن مدل راکتور شیمیایی. پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه شیراز.
Agarwal, L. et al. (2007). “ Statistical optimization for Butanol production from E. coli in the cost-effective medium.” Appl Biochem Biotechnol., Vol. 142, pp. 158-167.
Angira, R. and Babu. B.V (2006). Optimization of process synthesis and design problems: A modified differential evolution approach. Chemical Engineering Science. 61,4707 – 4721.
Azevedo, S.F. et al. (1997). “ Hybrid modeling of biochemical processes: a comparison with conventional approach.” Computers Chem Eng., Vol. 21, pp. 751-756.
Banga, J. R. et al. (2005). “ Dynamic optimization of bioprocesses: Efficient and robust numerical strategies.” Journal of Biotechnology., Vol. 117, pp.407-419.
Burgard, A.P. and Van Dien, S.J (2007). Methods and Organism for the growth-coupled production of succinate. Patent Cooperation Treaty (PCT)..
Chaundhuri, B. and Modak, J. M (1998). “ Optimization of fed-batch bioreactor using neural network model.” Bioprocess Engineering., Vol. 19, pp. 71-79.
Cheon Lee, P. et al. (2000). “ Fermentative production of Butanol from glucose and corn steep liquor by Anaerobiospirillum succiniciproducens.” Biotechnol Bioprocess Eng., Vol. 5, pp. 379-381.
Dhir, S. et al. (2000). “ Dynamic optimization of hybridoma growth in a fed-batch bioreactor.” Biotechnology and Bioengineering., Vol. 67, No. 2, pp. 197-205.
Duarte, N. C. et al. (2004). “ Reconstruction and validation of Saccharomyces cerevisiae iND750, a fully compartmentalized genome-scale metabolic model.” Genome Research., Cold Spring Harbor Laboratory Press ISSN 1088-9051/04, pp.1-13.
Feist, A. M. et al. (2007). “A genome-scale metabolic reconstruction for Escherichia coli K-12 MG1655 that accounts for 1260 ORFs and thermodynamic information.” Molecular Systems Biology., Vol. 3, article number 121, pp.1-18.
Feist, A. M. et al. (2006). “ Modeling methanogenesis with a genome-scale metabolic reconstruction of Methanosarcina barkeri.” Molecular Systems Biology., doi:10.1038/msb4100046, article number: 2006.0004, pp. 1-14.
Hagan. M. T., Demuth H. B., Beale. M (1995). “Neural Network Design”, MHB. Inc.
He. et al. (2005). “ Batch and fed-batch production of butyric acid by Clostridium butyricum ZJUCB.” Journal of Zhejiang Univ SCI., pp. 1076-1080.
Henson, M.A (2006). “ Exploiting cellular biology to manufacture high-value products.” IEEE Control Systems Magazine., pp.54-62.
Hjersted, J.L. et al. (2007). “ Genome-scale analysis of Saccharomyces cerevisiae metabolism and ethanol production in fed-batch culture.” Biotechnology and Bioengineering., Vol. 97, No. 5, pp. 1190-1204.
Hjersted, J. and Henson, M.A (2006). “ Optimization of fed-batch Saccharomyces cerevisiae fermentation using dynamic flux balance models.” Biotechnol Prog., Vol. 22, pp. 1239-1249.
Isar, J. et al. (2006). “A statistical method for enhancing the production of Butanol from Escherichia coli under anaerobic conditions.” Bioresource Technology., Vol. 97, pp.1443–1448.
Ito, T. et al. (1991). “ Efficient ethanol production by repeated fed-batch fermentation using two fermentors.” Applied Microbiology and Biotechnology., Vol. 36, No. 3, pp. 295-299.
Kaelo P. and Ali M.M (2006). “A numerical study of some modified differential evolution algorithms”, European Journal of Operational Research. Vol. 169, pp. 1176–1184.
Kauffman, K. J. et al. (2003). “Advances in metabolic flux analysis.” Curr Opin Biotechnol., Vol. 14, pp. 491-496.
Kim, T. Y. et al. (2007). “Genome-Scale Analysis of Mannheimia succiniciproducens Metabolism.” Biotechnology and Bioengineering., Vol. 97, No. 4, pp. 657-671.
Kim, J. S. and Hong S. I (2002). “ Ethanol production from xylose by Clostridium thermoaceticum.” Theories and Applications of Chem Eng., Vol. 8, No. 2, pp. 3291-3294.
Lee, P. C (2003). “ Batch and continuous cultures of Mannheimia succiniciproducens MBEL55E for the production of Butanol from whey and corn steep liquor.” Bioprocess Biosyst Eng., Vol. 26, pp. 63-67.
Mahadevan, R. et al. (2002). “ Dynamic flux balance analysis of diauxic growth in Escherichia coli.” Biophysical Journal., Vol. 83, pp. 1331-1340.
McKinlay, J.B., Vieille, C., Zeikus, J.G (2007). Prospects for a bio-based succinate industry. Applied Microbial Biotechnology, 76, 727-740.
Oliviera, R (2004). “ Combining first principles modelling and artificial neural networks: a general framework.” Computers and Chemical Engineering., Vol. 28, pp.755-766.
Parekh, S. and Cheryan, M (1990). “ Fed-batch fermentation of glucose to acetate by an improved strain of Clostridium thermoaceticum.” Biotechnology Letters., Vol. 12, No. 11, pp. 861-864.
Senger, J. L., Vo, T.D., Schilling , C.H. , Palsson, B.O (2012). An expanded genome- scale model of clostridium acetobutylicum K-12 (iJR904 GSM/GPR). Genome Biology, 4, R54.
Rocha, I. and Ferreira, E.C (2002). “ Optimization methods for improving fed-batch cultivation of E. coli producing recombinant proteins.” Proceeding of the 10th Mediterranean Conference on Control and Automation-MED 2002 Lisbon, Portugal, July 9-12, 2002.
Ronen, M. et al. (2002). “ Optimization of feeding profile for a fed-batch bioreactor by an evolutionary algorithm.” Journal of Biotechnology., Vol. 97, pp.253-263.
Suarez, D.C., Liria, C.W., Kilikian, B.V (1998). Effect of yeast extract on Escherichia coli growth and ethanol production. World Journal of Microbiology & Biotechnology. 14, 331-335.
Storn, R. and Price, K (1997).. “DE-a simple and efficient heuristic for global optimization over continuous space,” Journal of Global Optimization., Vol. 11, pp. 341–359.
Teixeira, A. et al. (2005). “ Hybrid metabolic flux analysis / artificial neural network modeling of bioprocesses.” Hybrid intelligent Systems Fifth International Conference., Vol. 6, No. 9.
Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistery. 7th edition, Wiley-VCH GmbH & Co. KGaA.
Varma, A. and Palsson, B. O (1993). “ Metabolic capabilities of Escherichia coli synthesis of biosynthetic precursors and cofactors.” Journal of Theoretical Biology., Vol.165, pp. 477–502.
Varma, A. and Palsson, B.O (1994). Stoichiometric Flux Balance Models Quantitatively Predict Growth and Metabolic By-Product Secretion in Wild-Type Escherichia coli W3110. Applied and Envinronmental Microbiology, 60, 3724-3731.
Wang, F.S. and Cheng, W.M (1999). “ Simultaneous optimization of feeding rate and operation parameters for fed-batch fermentation processes.” Biotechnol Prog., Vol. 15, pp. 949-952.
Zeikus, J.G. et al. (1999). “ Biotechnology of Butanol production and markets for derived industrial products.” Appl Microbiol Biotechnol., Vol. 51, pp. 545-552.
Zhang L. et al. (2004). “ Fed-batch culture of hybridoma cells in serum-free medium using an optimized feeding strategy.” Journal of Chemical Technology and Biotechnology., Vol. 79, pp. 171-181.