| Название НИОКТР |
Математическое моделирование для оптимизации биотехнологических процессов С1-ферментации
|
| Аннотация |
В условиях растущей потребности в источниках кормового белка, особый интерес представляет технология получения микробного белка из природного газа с использованием метанотрофных бактерий. Этот подход позволяет использовать недорогой и доступный углеродный источник при одновременном снижении углеродного следа. На сегодняшний день основной научный и инженерный вызов заключается в повышении эффективности процесса микробного синтеза биомассы на метане. В частности, остаются нерешенными задачи повышения степени утилизации субстрата, обеспечения эффективного массообмена между газовой и жидкой фазами, адаптации процессов к условиям, приближённым к промышленным.
Большинство лабораторных исследований проводятся в ферментёрах с мешалкой, для которых характерно отсутствие рецикла газовой фазы и другие характеристики массообмена, отличные от промышленных установок. Это затрудняет масштабирование и снижает применимость лабораторных данных для реального производства. В настоящем исследовании предлагается апробация процесса в струйном 10-литровом ферментёре с возможностью организации рецикла газовой фазы, что позволяет приблизить экспериментальные условия к промышленным. Для обеспечения эффективного массообмена разработана физическая (CFD) модель, описывающая поведение газожидкостных потоков и распределение концентрации кислорода при различных режимах подачи газа. Моделирование показало, что при эквивалентных расходах метана и воздуха режим с рециклом обеспечивает существенно более высокую утилизацию субстрата. Ключевой особенностью настоящего проекта является интеграция CFD-модели массообмена с метаболической моделью штамма VS1, что позволяет на основе расчётных данных предсказывать выход биомассы, учитывать влияние ограничений по кислороду и субстрату, и оптимизировать параметры культивирования. Несмотря на наличие опубликованных моделей метанотрофов (например, Methylococcus capsulatus Bath), работы по комплексному объединению физических и метаболических моделей в контексте производства микробного белка на сегодняшний день отсутствуют. Таким образом, исследование носит как фундаментальный, так и прикладной характер, направлено на преодоление текущих технологических ограничений и создание научной базы для масштабируемого производства микробного белка из метана.
Проект нацелен на снятие ключевых барьеров масштабирования производства кормового микробного белка на природном газе за счёт повышения утилизации субстрата Y_{X/CH4}, интенсификации массообмена газ–жидкость и сближения лабораторных условий с промышленными (рецикл газовой фазы, струйная гидродинамика). Для этого создаётся связанный «цифровой двойник» процесса: CFD модель массопереноса в 10 литровом струйном ферментёре с рециклом и полногеномная GEM штамма VS1; далее выполняется интеграция CFD→массообмен→ограничения поглощения в GEM и предиктивная оптимизация режимов культивирования. Формулировки и план работ согласованы с разделом 14 (T1–T10).
Основной целью настоящего исследования является разработка и валидация комплексной математической модели, объединяющей физическую модель массообмена кислорода и метана с реконструированной математической моделью метаболизма штамма VS1 с учётом кинетических параметров роста и состава биомассы штамма для описания продукции биомассы (микробного белка) в условиях контролируемого массообмена.
|
| Доступ к ОКОГУ исполнителя |
False
|
| Количество связанных РИД |
0
|
| Количество завершенных ИКРБС |
0
|
| Сумма бюджета |
54994.443
|
| Дата начала |
2025-01-01
|
| Дата окончания |
2027-12-31
|
| Номер контракта |
075-03-2025-258/7
|
| Дата контракта |
2025-11-05
|
| Количество отчетов |
3
|
| УДК |
517.958:532.5
|
| Количество просмотров |
19
|
| Руководитель работы |
Стародумов Илья Олегович
|
| Руководитель организации |
Германенко Александр Викторович
|
| Исполнитель |
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "УРАЛЬСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ПЕРВОГО ПРЕЗИДЕНТА РОССИИ Б.Н. ЕЛЬЦИНА"
|
| Заказчик |
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
|
| Федеральная программа |
Отсутствует
|
| Госпрограмма |
Фундаментальные и поисковые научные исследования
|
| Основание НИОКТР |
Государственное задание
|
| Последний статус |
2025-11-11 06:29:52 UTC, 2025-11-11 06:29:52 UTC
|
| ОКПД |
Работы оригинальные научных исследований и экспериментальных разработок в области естественных и технических наук, кроме биотехнологии
|
| Отраслевой сегмент |
—
|
| Минздрав |
—
|
| Межгосударственная целевая программа |
—
|
| Ключевые слова |
Математическое моделирование; Биоинформатика; Вычислительная математика; Гидродинамика; Массообмен; Ферментация
|
| Соисполнители |
—
|
| Типы НИОКТР |
Фундаментальное исследование
|
| Приоритетные направления |
—
|
| Критические технологии |
—
|
| Рубрикатор |
27.35.21 - Математические модели гидродинамики; 27.35.43 - Математические модели биологии
|
| OECD |
—
|
| OESR |
Компьютерные, информационные науки и биоинформатика (разработка аппаратного обеспечения относится к разделу 2.2, социальный аспект относится к разделу 5.8)
|
| Приоритеты научно-технического развития |
и) переход к развитию природоподобных технологий, воспроизводящих системы и процессы живой природы в виде технических систем и технологических процессов, интегрированных в природную среду и естественный природный ресурсооборот.; г) переход к высокопродуктивному и экологически чистому агро- и аквахозяйству, разработку и внедрение систем рационального применения средств химической и биологической защиты сельскохозяйственных растений и животных, хранение и эффективную переработку сельскохозяйственной продукции, создание безопасных и качественных, в том числе функциональных, продуктов питания;
|
| Регистрационные номера |
ikrbs: {'card_list': [{'id': 'CNHHQ0X40KSU53H7WEGFG940'}]}
|
