Publicación EIB en La Segunda 04/10/2019: "Modelación y simulación de bioprocesos: Proyecciones para la industria"

Publicación EIB en La Segunda 04/10/2019: "Modelación y simulación de bioprocesos: Proyecciones para la industria"

Dr. Raúl Conejeros, profesor Escuela de Ingeniería Bioquímica, Pontificia Universidad Católica de Valparaíso.

 

En la Escuela de Ingeniería Bioquímica de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso (PUCV) se desarrolla investigación en el área de modelación y simulación de bioprocesos, con la finalidad de obtener una representación matemática de ellos, y así mejorar su entendimiento y proponer mejoras productivas.

La producción industrial ha sido abordada tanto desde la industria de la manufactura, como desde la industria de procesos. Si bien la base científica en que se apoyan las ingenierías ha llevado a una producción racional que ha generado nuevos productos y servicios, resultan relevantes aquellos aspectos que permiten una producción económicamente eficiente, en cuanto al mejor aprovechamiento de los recursos materiales, humanos y energéticos. Es así que en la actualidad, que la demanda de calidad de los procesos productivos y de servicios consideren aspectos de sostenibilidad ambiental y social asociados a los productos. Es en este aspecto en que los procesos basados en la transformación biológica (bioprocesos) pueden presentar ventajas, dado su bajo requerimiento energético y su sello verde.  

En la industria de procesos se ha hecho uso extensivo de los conceptos de síntesis e integración de procesos, los que permiten abordar el problema de la toma de decisiones respecto de qué equipos utilizar, minimizar el uso de agua y aprovechar de mejor forma la energía. Esta tarea ha sido facilitada por la utilización de metodologías computacionales que se refieren a herramientas matemáticas de simulación y optimización.

El uso de las matemáticas como lenguaje descriptivo y cuantitativo resulta ser el más adecuado, ya que permite llevar a cabo procedimientos computacionales, tanto para la descripción fenomenológica, como para la de operación de los procesos que los utilizan. Esto ha permitido simular condiciones de operación y predecir el comportamiento productivo de los bioprocesos. En la actualidad, estas tareas se facilitan de manera significativa por el software computacional que permite la simulación de la operación de plantas productivas completas y que se utilizan en la formación de los ingenieros de bioprocesos en la PUCV.  

Por otro lado, las herramientas de optimización permiten la búsqueda de mejoras en el diseño y operación de los procesos. Los problemas resultantes de su formulación matemática no son de fácil resolución, por lo que la optimización constituye en sí misma un área de investigación, dado el desafío que imponen los problemas que se pueden conceptualizar desde la práctica de la ingeniería.

En este sentido, en la Escuela de Ingeniería Bioquímica hemos desarrollado una línea de trabajo en torno a la modelación y simulación de bioprocesos. Como ejemplo, se puede mencionar la modelación de sistemas de reacción enzimáticos, que involucra la modelación cinética de reacciones para la producción de azúcares con propiedades prebióticas, como galacto-oligosacáridos y lactulosa. Se ha logrado así mejorar el proceso al obtener el perfil de flujos óptimo de alimentación en reactores, para una máxima productividad. Otro ejemplo es el desarrollo de técnicas de optimización asociadas a la producción de biocombustibles, en particular de bioetanol, que es el resultado de la transformación de azúcares obtenidos de fuentes renovables, utilizando levaduras. 

También se ha trabajado en el área de la modelación del metabolismo de microorganismos, utilizando modelos metabólicos y herramientas de optimización para lograr predecir y comprobar experimentalmente las condiciones de operación que mejoran la producción de bioetanol en levaduras, desde una perspectiva racional. 

Recientemente, la colaboración entre académicos de la Escuela de Ingeniería Bioquímica, la Escuela de Ingeniería Industrial PUCV, el Dr. Felipe Scott de la Universidad de Los Andes, y el Dr. Vasilios Vassiliadis de la Universidad de Cambridge, Inglaterra, se ha logrado desarrollar una propuesta matemática formal para representar la evolución temporal de los fenómenos metabólicos, que permite la optimización de bioprocesos considerando su naturaleza dinámica. Esto nos coloca al nivel de los principales grupos de trabajo en el área a nivel mundial en la materia.

Las áreas de modelación, simulación y optimización son relevantes para todas las áreas de la ingeniería, y es así que la Escuela de Ingeniería Bioquímica ha sido consistente en investigar y aplicar este tipo de conocimientos al mejoramiento los procesos industriales de origen biológicos.

 

Fuente: La Segunda 

 

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