Diseño integrado de un sistema de biorreactores de producción de Bacillus thuringiensis mediante algoritmos genéticos

Abstract

El bioinsecticida a partir de Bacillus thuringiensis es una alternativa atractiva a los insecticidas convencionales debido a su tasa alta de degradación, especificidad y baja dependencia de materia prima proveniente de petróleo. Su ciclo de vida presenta dos etapas metabólicas que requieren de diferentes condiciones de reacción, ambas de importancia para la producción del insecticida, lo cual sugiere que pueden existir alternativas más productivas que el método de producción tradicional: un reactor intermitente donde se dan las dos etapas. Se planteó un problema de optimización de variables continuas y enteras combinadas, en donde se consideran diferentes regímenes de reacción (continuo, semi-continuo e intermitente), en diferentes configuraciones (paralelo, reciclo y alimentación fraccionada) y con diferentes tiempos de residencia en los reactores. El análisis incluye como restricción el cálculo de la controlabilidad, (mediante el análisis de los auto-valores de la matriz de transferencia del sistema) para evitar soluciones con características de estado dinámico indeseables. Se planteó un algoritmo genetico de grano grueso como método de resolución del problema de diseño, con estrategias de exploracion del estado-espacio y de convergencia. Como funcion de aptitud, se utilizó el concepto de óptimo de Pareto, el cual integra las dos funciones objetivo de importancia para el proceso: el rendimiento de la materia prima y el costo del equipo. Se realizaron sesenta y seis generaciones con tres poblaciones de noventa y nueve individuos, con un período de migración entre las poblaciones de cinco generaciones. El descarte por auto-valores de la generación sesenta y seis dio como resultado un individuo con un reactor de propagación, el cual alimenta dos líneas de dos reactores continuos, los cuales a su vez son alimentados de sustrato...