Modelagem, simulação e discriminação estatística de modelos de um cultivo descontínuo de Saccharomyces cerevisiae utilizando o software livre EMSO

dc.contributor.advisor1Pinotti, Laura Marina
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000000250126811
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5616576281329159
dc.contributor.authorPinheiro, Thaís Rodrigues
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0009-0006-8232-8326
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/4715805004146142
dc.contributor.referee1Lira, Taisa Shimosakai de
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/000000022690242X
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8699243861996813
dc.contributor.referee2Mancini, Mauricio Cordeiro
dc.date.accessioned2024-05-29T20:55:28Z
dc.date.available2024-05-29T20:55:28Z
dc.date.issued2023-12-13
dc.description.abstractConcern about environmental pollution caused by the continuous use of fossil fuels, especially oil, encourages the search for alternatives to minimize this problem. Ethanol stands out in this scenario because it is a renewable fuel and Brazil has an abundant source of raw materials. Ethanol can be obtained through the fermentation of sugars in the presence of the yeast Saccharomyces cerevisiae. The mathematical modeling of this process enables a better understanding of the physical-chemical phenomena involved and, consequently, assists in the design, control and optimization stages. Despite this, the vast majority of works available in the literature are purely experimental in nature. In this work, emphasis was placed on the use of the Environment for Modelling, Simulation and Optimization (EMSO), a free and opensource program, for modeling and simulating biotechnological processes. Experimental data from the literature regarding alcohol production with Saccharomyces cerevisiae was used in a batch bioreactor during 28 hours of fermentation. The kinetics were investigated using the Monod, Moser, Contois and Andrews models. The parameters of these models were estimated using non-linear programming (NLP) with a statistical confidence level of 95%. The criteria used to discriminate the models were the mean absolute deviation (MAD), the mean absolute percentage error (MAPE) and the square of the correlation coefficient between predicted and observed values (𝑅𝑦𝑐𝑦𝑒 ) 2 . Among the models investigated, the Contois model showed the best results, both for cell growth and substrate consumption. For cell growth, the MAD, MAPE and (𝑅𝑦𝑐𝑦𝑒 ) 2 values were 0.2451 g/L, 9.82% and 0.9737, respectively. For substrate consumption, the MAD, MAPE and (𝑅𝑦𝑐𝑦𝑒 ) 2 values were 4.1683 g/L, 17.67% and 0.9886, respectively.
dc.description.resumoA preocupação com a poluição ambiental causada pelo uso contínuo de combustíveis fósseis, especialmente o petróleo, estimula a busca por alternativas para minimizar esta problemática. O etanol ganha destaque neste cenário por ser um combustível renovável e por ter no Brasil uma abundante fonte de matéria-prima. O etanol pode ser obtido por meio da fermentação de açúcares na presença da levedura Saccharomyces cerevisiae. A modelagem matemática deste processo possibilita uma melhor compreensão dos fenômenos físico-químicos envolvidos e, consequentemente, auxiliar nas etapas de projeto, controle e otimização. Apesar disso, a grande maioria dos trabalhos disponíveis na literatura possuem um caráter puramente experimental. Neste trabalho foi dado ênfase ao uso do Environment for Modelling, Simulation and Optimization (EMSO), um programa livre e de código aberto, que pode ser utilizado para modelagem e simulação de processos biotecnológicos. Utilizou-se dados experimentais da literatura referentes à produção de álcool com Saccharomyces cerevisiae, em biorreator batelada durante 28 horas de fermentação. As cinéticas foram investigadas por meio dos modelos de Monod, Moser, Contois e Andrews. Os parâmetros destes modelos foram estimados usando programação não-linear (NLP) com nível de confiança estatístico de 95%. Os critérios utilizados para a discriminação dos modelos foram o desvio médio absoluto (MAD), o erro percentual absoluto médio (MAPE) e o quadrado do coeficiente de correlação entre valores preditos e observados (𝑅𝑦𝑐𝑦𝑒 ) 2 . Dentre os modelos investigados, o de Contois apresentou os melhores resultados, tanto para o crescimento celular quanto para o consumo de substrato. Para crescimento celular os valores de MAD, MAPE e (𝑅𝑦𝑐𝑦𝑒 ) 2 foram de 0,2451 g/L, 9,82% e 0,9737, respectivamente. Para o consumo de substrato os valores de MAD, MAPE e (𝑅𝑦𝑐𝑦𝑒 ) 2 foram de 4,1683 g/L, 17,67% e 0,9886, respectivamente.
dc.formatText
dc.identifier.urihttps://dspace5.ufes.br/handle/10/12573
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseMestrado em Energia
dc.publisher.departmentCentro Universitário Norte do Espírito Santo
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Energia
dc.rightsopen access
dc.subjectModelagem matemática
dc.subjectEstimação de parâmetros
dc.subjectDiscriminação de modelos
dc.subjectEtanol
dc.subjectBiocombustível
dc.subjectSaccharomyces cerevisiae
dc.subjectBiorreator
dc.subject.cnpqEngenharia/Tecnologia/Gestão
dc.titleModelagem, simulação e discriminação estatística de modelos de um cultivo descontínuo de Saccharomyces cerevisiae utilizando o software livre EMSO
dc.typemasterThesis

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