Traditionelle Fermentationsmodelle vereinfachen oft die Kinetik, indem sie mikrobielle Populationen als physiologisch homogen behandeln. Um dies zu adressieren, führen wir einen neuartigen Rahmen ein, der die zelluläre Fitness explizit berücksichtigt, indem die metabolisch aktive Subpopulation („produktive Zellen“) identifiziert wird, die für die Biosynthese verantwortlich ist. Dieser Ansatz integriert etablierte Wachstumsmodelle (First Order Plus Dead Time und Logistic) mit einem modifizierten Luedeking–Piret-Modell (MALP), das eine neue Differentialgleichung einführt, um produktive Zellen dynamisch zu quantifizieren. Diese Modellierungsstudie basiert ausschließlich auf experimentellen Daten, die in der Literatur verfügbar sind; es wurden keine neuen experimentellen Arbeiten durchgeführt. Gültig gegenüber vier unterschiedlichen Fermentationssystemen aus veröffentlichten Datensätzen, zeigte das MALP-Modell eine überlegene Vorhersagegenauigkeit und erreichte Bestimmtheitskoeffizienten (R2 > 0,97) für die Metabolitenkinetik. Die Sensitivitätsanalyse identifizierte zeitverzögerungs- und wartungsassoziierte Parameter als dominierende Faktoren, die das Systemverhalten steuern. Der entscheidende Beitrag dieser Arbeit ist eine mechanistische Gleichung, die universell die realen Dynamiken der Metabolitenproduktion erfasst und einen realistischeren und robusteren Rahmen für die Modellierung heterogener Bioprozesse bietet.
Ruarte et al. (Sun,) untersuchten diese Frage.