Variational calculus (optimal control) applied to the optimization of the enzymatic synthesis of ampicillin

• Main Authors: Marcelo Perencin de Arruda Ribeiro, Roberto de Campos Giordano
• Format: Article
• Language: English
• Published: Instituto de Tecnologia do Paraná (Tecpar) 2005-06-01
• Series: Brazilian Archives of Biology and Technology
• Subjects: Synthesis of beta-lactam antibiotics; fed-batch reactor optimization; optimal control
• Online Access: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1516-89132005000400003

In this work, optimal control techniques were used to optimize the feed of reactants during the enzymatic synthesis of ampicillin in a semi-batch reactor. Simulation results showed that a semi-batch integrated reactor (with product crystallization) might achieve 88% 6-APA (6-aminepenicillanic acid) conversion and 92% of PGME (phenylglycine methyl ester) yield, with a productivity between 3.5 and 5.5 mM min-1.<br>A síntese enzimática de ampicilina oferece menor impacto ambiental em relação ao processo utilizado atualmente pela indústria farmacêutica. Mas seu rendimento e produtividade devem ser melhorados para tornar essa rota competitiva. Alguns estudos empíricos para otimizar a rota enzimática de síntese de antibióticos beta-lactâmicos vêm sendo realizados. Entretanto, a utilização sistemática de métodos matemáticos de otimização nesse processo não é encontrada na literatura. Neste trabalho, utilizaram-se técnicas de controle ótimo para otimizar a alimentação de reagentes na síntese enzimática de ampicilina em reator operando em batelada alimentada. Resultados simulados mostram que, em reator integrado (com precipitação dos produtos) operado em batelada alimentada, conversões de 6-APA e rendimento de EMFG de 88% a 92% são factíveis, assim como produtividades entre 3,5 e 5,5 mM.min-1.