Modelado e Identicación de Bioprocesos

Abstract

El objetivo fundamental de esta tesis consiste en desarrollar una metodología integrada para el modelado y la identificación de bioprocesos, es decir, aquellos pertenecientes a la industria alimentaria y biotecnológica. Los modelos que representan estos procesos suelen tener un carácter dinámico y no lineal por lo que el problema inverso asociado resulta especialmente complejo. Para poder realizar esta tarea con éxito, se han propuesto una serie de sub-objetivos:

Análisis de la identificabilidad de los modelos tanto estructural (para aquéllos abordables mediante las técnicas disponibles en la actualidad) como práctica y cuantificación de la importancia de los parámetros estableciendo un ranking de los mismos.

Estimación robusta de parámetros mediante métodos que permitan el manejo adecuado de ruido en las medidas y observaciones parciales así como la resolución de este tipo de problemas en un tiempo de cálculo reducido.

Diseño óptimo de experimentos empleando técnicas de optimización dinámica con objeto de reducir los problemas de identificabilidad práctica, aumentar la precisión de los parámetros estimados y disminuir el esfuerzo experimental. Debido a la multimodalidad de este tipo de problemas, el uso de métodos globales permitirá asegurar que los nuevos experimentos diseñados sean globalmente óptimos y evitar la convergencia a mínimos locales.

Desarrollo de un entorno integrado para la automatización de las tareas de estimación de parámetros, diseño óptimo de experimentos, análisis de la identificabilidad y otras medidas asociadas.

Modelado e identificación de una serie de bioprocesos de interés relativos a: (i) Secado de alimentos, (ii) Procesamiento térmico de alimentos, (iii) Isomerización del α-pineno, (iv) Inhibición de la proteasa del HIV, (v) Función de las caspasas en la apoptosis, (vi) Ruta bioquímica en tres pasos, y (vii) Cinética de la glucosa en pacientes diabéticos.