Modelling of a Yeast-contained Material

Abstract

This work introduces a computational model to study the properties of a novel yeast-contained material. The model considers the catalysis properties of the material in converting glucose to fermentation products, mass transportation in the material, and the material’s mechanical properties. The model provides insights regarding the characteristics and behaviors of the material, putting a stepping-stone for further development in experiments. The study uses three different simulation methods, in particular a simple numerical model, a 2D and a 3D finite element model. The overview of the material, theoretical background, and the simulation methods accompanying the models are discussed in this thesis. The model forms a quantitative prototype to study the catalysis property of the material in glucose fermentation. In estonian: Käesolev bakalaureusetöö keskendub uudse, pärmi sisaldava elusmaterjali, uurimisele arvutisimulatsioonide abil. Töö tulemusena on loodud prototüüpmudel mis võimaldab uurida materjali katalüütilisi omadusi glükoosi fermenteerimisprotsessi käigus. Mudel võtab arvesse materjali massitranspordi piiranguid ja mehaanilisi omadusi ning selles tulenevaid reaktsioone piiravaid faktoreid võimaldades jälgida glükoosi konverteerimisprotsessis fermentatsiooniproduktideks. Mudel võimaldab uurida materjali omadusi ja selle käitumist ning on hüppelaud edasisteks eksperimentaalseteks arendusteks. Uuringus kasutatakse kolme erinevat simulatsioonimeetodid: lihtsustatud numbrilist mudelit, seejärel kahe- ja kolmemõõtmelisi lõplike elementide meetodil baseeruvaid mudeleid. Käesolev väitekiri annab detailse ülevaate uuritud materjalist, kasutatud ja arendatud mudelite teoreetilisest taustast ja rakendatud simulatsioonimeetodtest.