I. Centrifugeren is een veelgebruikte methode voor het concentreren van fermentatiebouillon. De keuze van de juiste apparatuur heeft direct invloed op het celrendement, de celoverleving en de productie-efficiëntie. Buiscentrifuges, schijfcentrifuges en horizontale schroefcentrifuges zijn de drie meest gebruikte typen centrifuges. Vanwege de verschillen in structuur en werkingsprincipe variëren hun toepassingsscenario's aanzienlijk. Dit artikel beschrijft de principes, structuren en selectiemethoden van deze drie typen centrifuges op basis van praktijkervaring en literatuuronderzoek, en biedt daarmee een referentie voor het concentreren van fermentatiebouillon.
II. Het kernprincipe van de drie typen centrifuges is hetzelfde: ze gebruiken allemaal centrifugale kracht in plaats van zwaartekracht om componenten met verschillende dichtheden (cellen en fermentatievloeistof) snel van elkaar te scheiden. Door verschillen in constructie verschillen echter hun scheidingsefficiëntie, verwerkingscapaciteit en toepassingsmogelijkheden.
1. Buiscentrifuges kenmerken zich door "hoge snelheid en hoge scheidingsfactor". Structureel bestaat een buiscentrifuge hoofdzakelijk uit een roterende trommel, een toevoerleiding, een overloopleiding, een transmissiesysteem en een behuizing. De roterende trommel is een slanke buis met een kleine diameter (doorgaans 50-150 mm) en een lange lengte, waardoor het scheidingspad van de vloeistof effectief wordt verlengd en het scheidingseffect wordt verbeterd. Het principe is dat de vloeistof via de onderste toevoeropening in de snel roterende buistrommel wordt gevoerd. De trommelsnelheid kan 10.000-25.000 omwentelingen per minuut bereiken, waardoor een extreem sterke centrifugale kracht wordt gegenereerd. Hierdoor zakken de dichtere bacteriële cellen snel naar de binnenwand van de trommel, terwijl de heldere vloeistof langs de binnenwand omhoog stijgt en via de overloop aan de bovenkant wordt afgevoerd. Zo vindt de scheiding van de bacteriële cellen en de heldere vloeistof plaats. Buiscentrifuges hebben een compacte structuur, een kleine voetafdruk en een zacht scheidingsproces met minimale impact op de overlevingskans van de bacteriën. Ze zijn geschikt voor het concentreren van fermentatiebouillons met een laag gehalte aan vaste stoffen (≤5%) en een lage viscositeit, en zijn met name geschikt voor het verzamelen van zeer actieve bacteriële cellen in pilot- en kleinschalige productie.
2. Schijfcentrifuges zijn de meest gebruikte apparatuur voor grootschalige industriële productie. Structureel gezien zijn de kerncomponenten de roterende trommel en de schijvenconstructie. De trommel is cilindrisch, met tientallen tot honderden conische schijven erin gestapeld, die smalle kanalen ertussen vormen. De trommel is tevens uitgerust met een toevoerinrichting, een slakkenafvoermechanisme en een aandrijfsysteem. Het principe is dat de meerdere lagen schijven in de trommel het scheidingsoppervlak vergroten en de bezinkingsafstand verkorten. Nadat de voedingsvloeistof de trommel binnenkomt, bezinken de bacteriën onder invloed van de centrifugale kracht langs het schijfoppervlak naar de bodem van de trommel, terwijl de heldere vloeistof aan de bovenkant wordt afgevoerd. Dit maakt continue toevoer en afvoer mogelijk. In vergelijking met buiscentrifuges hebben schijfcentrifuges een grotere verwerkingscapaciteit, een hogere mate van automatisering, een gematigde scheidingsfactor (3000-10000 tpm) en een lage schuifkracht. Ze kunnen voldoen aan de eisen voor continue scheiding van grootschalige fermentatiebouillons en tegelijkertijd de overlevingskansen van de bacteriën garanderen. Geschikt voor het verwerken van voedingsvloeistoffen met een vaststofgehalte van 2%-10%, zijn ze de voorkeursapparatuur voor de industriële productie van bacteriepoeder.
3. Horizontale schroefcentrifuges maken gebruik van het principe van schroeftoevoer en continue sedimentatie. De voedingsvloeistof komt via de toevoerleiding de snel roterende trommel binnen. Onder invloed van de centrifugale kracht bezinken de bacteriecellen tegen de binnenwand van de trommel. De schroefaanvoer, die met een andere snelheid roteert dan de trommel, duwt de bezinkende bacteriecellen naar de afvoeropening aan het conische uiteinde van de trommel, terwijl de heldere vloeistof via de overloopopening aan het andere uiteinde van de trommel wordt afgevoerd. Dit zorgt voor een continue scheiding en continue afvoer. Structureel gezien bestaat een horizontale schroefcentrifuge uit een trommel, een schroefaanvoer, een aanvoerinrichting, een differentieel en een behuizing. De trommel heeft een horizontale cilindrische vorm, cilindrisch aan het ene uiteinde en conisch aan het andere. De schroefaanvoer werkt met een bepaald snelheidsverschil ten opzichte van de trommel en is verantwoordelijk voor de afvoer. De voordelen zijn onder andere een hoge doorvoer en de mogelijkheid om vloeistoffen met een hoog gehalte aan vaste stoffen (5%-20%) en veel onzuiverheden te verwerken. De schuifkracht is echter relatief hoog, wat de overlevingskans van de bacteriecellen kan beïnvloeden. Het wordt voornamelijk gebruikt voor de grove scheiding van fermentatiebouillons of in grootschalige productieomgevingen waar de vereiste bacteriële activiteit niet hoog is.
III. Hoe kiest u dan tussen deze drie typen centrifuges? De keuze moet gebaseerd zijn op de productieschaal, de eigenschappen van de voedingsvloeistof en de vereisten voor sporebescherming, rekening houdend met de kenmerken van de drie typen apparatuur. Voor kleinschalige laboratorium- of pilotproductie, waar een hoge overlevingskans van bacteriën en de verwerking van voedingsvloeistof met een laag vaststofgehalte gewenst zijn, hebben buiscentrifuges de voorkeur. Deze kunnen worden gecombineerd met een koelsysteem (4 °C) voor extra bescherming van de bacteriën. Voor grootschalige industriële productie, waar continue werking vereist is en voedingsvloeistof met een gemiddeld vaststofgehalte moet worden verwerkt, hebben schijfcentrifuges de voorkeur, omdat deze een goede balans bieden tussen efficiëntie en bacteriële activiteit. Als de voedingsvloeistof veel onzuiverheden bevat en een hoog vaststofgehalte heeft, en de eisen aan de overlevingskans van bacteriën niet hoog zijn, kunnen horizontale schroefcentrifuges worden gebruikt om de verwerkingskosten te verlagen.
