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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/37858| Título: | Dimensionamento de biorreator para produção da vitamina B12 por Pseudomonas denitrificans |
| Título(s) alternativo(s): | Dimensioning a bioreactor for production of vitamin B12 by Pseudomonas denitrificans |
| Autor(es): | Silva, Matheus Teles da |
| Orientador(es): | Kirnev, Paulo Cesar de Souza |
| Palavras-chave: | Reatores químicos Complexo de vitamina B Projeto de produto Imagem tridimensional Pseudomonas Chemical reactors Vitamin B complex Product design Three-dimensional imaging |
| Data do documento: | 27-Jun-2025 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Ponta Grossa |
| Citação: | SILVA, Matheus Teles da. Dimensionamento de biorreator para produção da vitamina B12 por Pseudomonas denitrificans. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, 2025. |
| Resumo: | A vitamina B12, é um micronutriente essencial para o metabolismo humano, atuando na síntese de DNA, na formação de glóbulos vermelhos e na manutenção do sistema nervoso. Pessoas com dificuldade de ingestão e/ou absorção, necessitam de suplementação da vitamina B12, o que movimenta um mercado internacional de aproximadamente US$ 194,3 milhões. Como sua produção natural é restrita a determinados microrganismos, sua fabricação em escala industrial depende de processos fermentativos altamente controlados. Neste contexto, o trabalho propôs o dimensionamento de um biorreator do tipo tanque agitado (STR - Stirred Tank Reactor) voltado à produção microbiológica de vitamina B12 por Pseudomonas denitrificans, que se estabelece como microrganismo com melhor eficiência de produção. Foram coletados de artigos científicos parâmetros fundamentais de processo, em um biorreator de bancada para posterior dimensionamento de um biorreator industrial, utilizando o software Excel. Como parâmetros fundamentais, foram analisados o coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (kLa), a velocidade na ponta do impelidor (Vtip), a taxa de aeração (Na), o número de Reynolds (NRe) e o tempo de mistura (Tm), que impactam diretamente a eficiência de transferência de massa, o regime de escoamento e o grau de cisalhamento aplicado às células. Os resultados apontaram para um biorreator com volume útil de 5,05 m³ e altura de líquido correspondente a 57,4% da altura total do equipamento, garantindo eficiência operacional. A taxa de transferência de oxigênio de 73,49 h⁻¹ e a taxa de cisalhamento de 615 s⁻¹ foram compatíveis com as exigências fisiológicas da Pseudomonas denitrificans, promovendo um ambiente propício à produção da vitamina B12. Além dos cálculos, foi desenvolvido um modelo tridimensional do biorreator em software SolidWorks [marca registrada], incorporando todos os elementos necessários, como tampa com conexões, entrada de ar, sensores, camisa para troca de calor e sistema de agitação com impelidores dimensionados conforme as exigências do processo, se mostrando projeto final se mostra tecnicamente viável, com aplicação em escala industrial, contribuindo para o desenvolvimento de processos eficientes na produção de B12. |
| Abstract: | Vitamin B12 is an essential micronutrient for human metabolism, acting in DNA synthesis, red blood cell formation and maintenance of the nervous system. People with difficulty ingesting and/or absorbing vitamin B12 require vitamin B12 supplementation, which generates an international market of approximately US$194.3 million. Since its natural production is restricted to certain microorganisms, its industrial-scale production depends on highly controlled fermentation processes. In this context, the study proposed the design of a stirred tank bioreactor (STR) aimed at the microbiological production of vitamin B12 by Pseudomonas denitrificans, which is established as the microorganism with the best production efficiency. Fundamental process parameters were collected from scientific articles in a benchtop bioreactor for subsequent design of an industrial bioreactor using Excel software. The following parameters were analyzed as fundamental parameters: volumetric oxygen transfer coefficient (kLa), impeller tip speed (Vtip), aeration rate (Na), Reynolds number (NRe) and mixing time (Tm), which directly impact mass transfer efficiency, flow regime and degree of shear applied to the cells. The results indicated a bioreactor with a useful volume of 5.05 m³ and liquid height corresponding to 57.4% of the total height of the equipment, ensuring operational efficiency. The oxygen transfer rate of 73.49 h⁻¹ and the shear rate of 615 s⁻¹ were compatible with the physiological requirements of Pseudomonas denitrificans, promoting an environment conducive to the production of vitamin B12. In addition to the calculations, a three-dimensional model of the bioreactor was developed in SolidWorks [trade mark] software, incorporating all the necessary elements, such as a lid with connections, air inlet, sensors, heat exchange jacket and agitation system with impellers sized according to the process requirements, showing that the final project is technically viable, with application on an industrial scale, contributing to the development of efficient processes in the production of B12. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/37858 |
| Aparece nas coleções: | PG - Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia |
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