Model-based scale-up strategy for mycelial fermentation processes

Authors

  • He Yang,

    1. Department of Chemical Engineering and Applied Chemistry, University of Toronto, 200 College Street, Toronto, ON M5S 3E5, Canada
    Current affiliation:
    1. Department of Chemical Engineering, Northwestern University, 2145 Sheridan Road, Evanston, IL 60208, USA
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  • D. Grant Allen

    Corresponding author
    1. Department of Chemical Engineering and Applied Chemistry, University of Toronto, 200 College Street, Toronto, ON M5S 3E5, Canada
    • Department of Chemical Engineering and Applied Chemistry, University of Toronto, 200 College Street, Toronto, ON M5S 3E5, Canada
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Abstract

With the aid of a mathematical model describing the interrelationships between mycelial morphology, mycelial growth and product formation, rheology, mass transfer, and environmental conditions, a new scale-up strategy has been developed, simulating the bioreactor performance at different agitation speeds. The simulations have shown that there is an optimum agitation speed, yielding maximum product formation that is different from the conventional scale-up results based on constant Pg/VT, kLa and NIDI. It has also been shown in the simulations that the product formation scaled up by means of conventional methods is considerably lower than the simulated maximum or is close to the maximum but requiring a higher energy consumption. This indicates that model-based scale-up could be a more accurate and efficient method for scaling up complex systems such as mycelial fermentation processes.

Abstract

Á l'aide d'un modeále mathèmatique dècrivant les interrelations entre la morphologie tnycelienne, la croissance mycelienne et la formation de produit d'une part, et la rhèologie, le transfert de matieáre et les conditions environnementales d'autre part, on a mis au point une nouvelle stratègie de mise à l'èchelle, en simulant la performance de biorèacteur à diffèrentes vitesses d'agitation. Ces simulations montrent qu'il y a une vitesse d'agitation optimale, qui permet une formation de produit maximale qui diffeáre des rèsultats classiques de mise à l'èchelle s'appuyant sur la constance de Pg/VT, kLa et NIDI On montre ègalement dans les simulations que la formation de produit mise à l'èchelle par les mèthodes traditionnelles est considèrablement infèrieure au maximum simulè ou qu'elle se rapproche du maximum mais qu'elle requiert une plus grande consommation d'ènergie. Ceci indique que la mise à l'èchelle reposant sur ce modeále pourrait ětre une mèthode plus prècise et plus efficace pour la mise à l'èchelle de systeámes complexes comme les procèdès de fermentation mycelienne.

Ancillary