Математичне моделювання періодичного біореактора як засіб формування професійної компетентності магістрів біотехнологій

Анотація

Біотехнології з року в рік набувають все більшого значення як рушій інноваційного розвитку сучасного технологічного суспільства, охоплюючи все ширші сфери діяльності людини: фармацію, медицину, харчову та хімічну промисловість, відновлення довкілля, екологію. Істотно зростають вимоги до кадрового забезпечення біотехнологічної галузі, а відтак і до якості процесу підготовки майбутніх біотехнологів. Особливої ваги набуває опанування методами математичного та комп’ютерного моделювання, які дають змогу майбутнім фахівцям проєктувати, аналізувати й оптимізувати біотехнологічні процеси відповідно до потреб промисловості та суспільних вимог.
В роботі здійснено математичний опис процесів, які протікають в періодичному біореакторі, від оптимізації параметрів якого значною мірою залежить ефективність біотехнологічного виробництва. Розроблена нами модель ґрунтується на рівняннях Міхаеліcа-Ментен та Монода, розв’язання системи диференціальних рівнянь виконано за допомогою Odesolve у Mathcad 15. Отримані результати відтворюють типову кінетику періодичної ферментації. Пропонована математична модель описує кінетичний модуль періодичного біореактора, враховує швидкість росту мікроорганізмів, споживання субстрату та утворення продукту.
Розроблена модель може бути використана в реальних процесах виробництва, водночас має чималий дидактичний потенціал, оскільки дає змогу продемонструвати здобувачам вищої освіти роль методів математичного та комп’ютерного моделювання у розробленні біотехнологічних процесів різного виду, можливості оптимізації параметрів біореактора, керування кінетикою росту та швидкістю біохімічних перетворень. Майбутні фахівці набувають практичних навичок роботи з програмним забезпеченням, навчаються застосовувати сучасні цифрові технології, виконувати аналіз складних біотехнологічних систем, прогнозувати поведінку процесів, інтерпретувати графіки, приймати обґрунтовані рішення та робити висновки про ефективність виробничого процесу. Така навчальна модель сприяє формуванню професійної компетентності, передбаченої освітніми програмами підготовки за спеціальністю G21 «Біотехнології та біоінженерія».