Aplicación de centrífugas decantadoras en la separación de bacterias del ácido láctico

I. Principios técnicos

Una centrífuga decantadora se compone principalmente de un tambor giratorio y un tornillo sin fin, que giran en la misma dirección con una ligera diferencia de velocidad. Tras ingresar el caldo de fermentación de bacterias lácticas en la centrífuga, la fuerza centrífuga generada por la alta velocidad de rotación provoca que las células de bacterias lácticas, debido a su mayor densidad, sean arrastradas a la pared interna del tambor, formando partículas sólidas (lodo bacteriano). El líquido (sobrenadante de fermentación) permanece en el centro del tambor y se descarga a través de un puerto de rebose. El tornillo sin fin impulsa el lodo bacteriano desde el extremo más estrecho del tambor hasta el puerto de descarga de lodos en el extremo más ancho, completando así la separación sólido-líquido.

Los parámetros clave en el proceso de separación incluyen la velocidad del tambor, la velocidad diferencial, el caudal de alimentación y el factor de separación. La velocidad del tambor suele ser de 3000 a 6000 rpm, y el factor de separación puede alcanzar de 1500 a 4000 g, lo que permite separar eficazmente células de bacterias ácido lácticas con un diámetro de tan solo 1 a 5 micrómetros. La velocidad diferencial se ajusta mediante un diferencial de engranajes planetarios, generalmente entre el 0,2 % y el 2 % de la velocidad del tambor. Esto permite controlar la velocidad de descarga del lodo bacteriano para garantizar la eficiencia de la separación y la efectividad del procesamiento.

II. Escenarios de aplicación

1. Pretratamiento del caldo de fermentación

Tras la fermentación de las bacterias lácticas, el caldo de fermentación contiene una gran cantidad de células bacterianas, sustratos sin fermentar, metabolitos y una pequeña cantidad de impurezas. Las centrífugas decantadoras se pueden utilizar como equipo de pretratamiento para separar rápidamente la mayor parte de las células bacterianas, reduciendo el contenido de sólidos en el caldo de fermentación del 1-5 % a menos del 0,1 %, lo que disminuye la carga para procesos posteriores como la filtración y la purificación. Por ejemplo, en la producción de yogur, el caldo de yogur fermentado tratado con una centrífuga decantadora permite eliminar parte del suero y las impurezas, mejorando la consistencia y la estabilidad del yogur.

2. Concentración bacteriana

En la producción de preparados de bacterias lácticas (como polvos probióticos y cápsulas), es necesario concentrar las células bacterianas en el caldo de fermentación para aumentar la concentración bacteriana. Las centrífugas decantadoras pueden concentrar el caldo de fermentación de bacterias lácticas entre 10 y 50 veces, logrando que el contenido de bacterias lácticas en el lodo bacteriano alcance entre 10¹⁰ y 10¹² UFC/g. El lodo bacteriano concentrado puede liofilizarse directamente o someterse a procesos adicionales como lavado, refinado y otros para mejorar su pureza.

3. Refinado y lavado

Para eliminar impurezas, metabolitos y componentes del medio de cultivo presentes en la superficie de las células de bacterias lácticas, es necesario lavar el lodo bacteriano concentrado. Las centrífugas decantadoras permiten añadir soluciones de lavado (como agua estéril y solución salina normal) durante el proceso de separación. Mediante el lavado a contracorriente, se eliminan las impurezas del lodo bacteriano y se mejora la pureza de las bacterias lácticas. Por ejemplo, en la producción de polvo de bacterias lácticas de alta pureza, los lavados repetidos con una centrífuga decantadora pueden lograr una pureza superior al 95 %.

III. Ventajas

1. Funcionamiento continuo y gran capacidad de procesamiento

Las centrífugas decantadoras permiten la alimentación, separación y descarga de escoria de forma continua, sin necesidad de detenerse para la descarga de escoria. Su capacidad de procesamiento puede alcanzar de 1 a 100 m³/h, lo que las hace idóneas para la producción industrial a gran escala. En cambio, los equipos de separación centrífuga tradicionales (como las centrífugas tubulares) requieren un funcionamiento intermitente, tienen una capacidad de procesamiento reducida y resultan difíciles de satisfacer las necesidades de la producción a gran escala.

2. Alta eficiencia de separación y alta tasa de recuperación bacteriana

Las centrífugas decantadoras poseen un alto factor de separación, lo que permite separar eficazmente células diminutas de bacterias ácido lácticas, con una tasa de recuperación bacteriana del 90 % al 99 %. Asimismo, el efecto de separación del equipo es estable y no se ve afectado por factores como la concentración y la temperatura de la alimentación, lo que garantiza la consistencia de la calidad del producto.

3. Alto grado de automatización y fácil operación

Las centrífugas decantadoras modernas suelen estar equipadas con un sistema de control PLC que permite el ajuste y la monitorización automáticos de parámetros como la velocidad de rotación, la velocidad diferencial y el caudal de alimentación. Los operarios solo necesitan realizar ajustes sencillos a través de la pantalla táctil para completar todo el proceso de separación, lo que reduce la intervención manual y mejora la eficiencia de la producción y la seguridad operativa.

4. Gran adaptabilidad y amplio rango de aplicaciones

Las centrífugas decantadoras permiten ajustar parámetros como la velocidad del tambor, la velocidad diferencial y el caudal de alimentación según las características de los distintos caldos de fermentación de bacterias lácticas (como la viscosidad, el contenido de sólidos y el tamaño bacteriano) para lograr una separación óptima. Asimismo, este equipo también puede utilizarse para la separación de otros microorganismos (como levaduras y Escherichia coli), lo que le confiere un amplio rango de aplicaciones.

IV. Precauciones

1. Selección de equipos

Seleccione un modelo de centrífuga decantadora adecuado según las características del caldo de fermentación de bacterias lácticas y los requisitos de producción. Los principales factores a considerar incluyen la capacidad de procesamiento, el factor de separación, el rango de ajuste de velocidad diferencial y el material del tambor. Por ejemplo, para caldos de fermentación de alta viscosidad, se debe seleccionar una centrífuga con un tambor de mayor diámetro y una velocidad de rotación más alta; para caldos de fermentación altamente corrosivos, se debe elegir un tambor de acero inoxidable.

2. Optimización de los parámetros de funcionamiento

Al utilizar una centrífuga decantadora para la separación de bacterias lácticas, es necesario optimizar los parámetros operativos para garantizar la eficiencia de la separación y la tasa de recuperación bacteriana. Por ejemplo, una velocidad del tambor excesivamente alta puede provocar la ruptura de las células bacterianas, afectando la calidad del producto; una velocidad excesivamente baja puede impedir la separación efectiva de dichas células. La velocidad diferencial y el caudal de alimentación también deben ajustarse según las condiciones reales para evitar problemas como la obstrucción del puerto de descarga de lodos bacterianos o una separación deficiente.

3. Mantenimiento y limpieza de equipos

El mantenimiento y la limpieza periódicos de las centrífugas decantadoras son fundamentales para garantizar el correcto funcionamiento del equipo y la calidad del producto. Las principales tareas de mantenimiento incluyen la revisión del desgaste de componentes como el tambor, el tornillo sin fin y los cojinetes, y la sustitución oportuna de los componentes dañados; la limpieza de los lodos bacterianos residuales y las impurezas de la pared interna del tambor y las palas del tornillo sin fin para prevenir la proliferación bacteriana y la corrosión del equipo.

4. Protección de la actividad bacteriana

Las bacterias del ácido láctico son microorganismos sensibles al entorno. Durante el proceso de separación, se ven fácilmente afectadas por factores como la temperatura, la presión y la fuerza de cizallamiento, lo que provoca una disminución de su actividad. Por lo tanto, al utilizar una centrífuga decantadora para la separación de bacterias del ácido láctico, es necesario tomar las medidas adecuadas para proteger su actividad. Por ejemplo, se debe controlar la temperatura del caldo de fermentación entre 4 y 10 °C para reducir el daño que la fuerza de cizallamiento puede causar a las bacterias; además, se debe utilizar una solución de lavado suave durante el proceso de lavado para evitar el uso de soluciones salinas de alta concentración o disolventes orgánicos.

V. Tendencias de desarrollo

1. Inteligencia y automatización

Con el desarrollo de la Industria 4.0, las centrífugas decantadoras serán más inteligentes y automatizadas. Las futuras centrífugas decantadoras contarán con sensores y sistemas de control más avanzados, capaces de monitorizar en tiempo real las características del caldo de fermentación (como la viscosidad, el contenido de sólidos y la concentración bacteriana) y ajustar automáticamente los parámetros de funcionamiento para lograr una separación óptima. Asimismo, el equipo se conectará con otros equipos de la línea de producción (como tanques de fermentación, filtros y secadores) para lograr el control y la gestión automáticos del proceso productivo.

2. Alta eficiencia y ahorro de energía

Para mejorar la eficiencia de producción y reducir el consumo energético, las centrífugas decantadoras evolucionarán hacia una mayor eficiencia y ahorro de energía. Por ejemplo, la adopción de nuevas estructuras y materiales para el tambor puede aumentar el factor de separación y la velocidad del tambor, mejorando así la eficiencia de separación; el uso de motores de frecuencia variable y sistemas de control de bajo consumo energético puede reducir el consumo de energía del equipo.

3. Multifuncionalización

Las futuras centrífugas decantadoras no solo se utilizarán para la separación sólido-líquido, sino que también integrarán más funciones, como el lavado, el refinado y el secado de bacterias. Por ejemplo, se podrán instalar zonas de lavado y secado dentro de la centrífuga para integrar la separación, el lavado y el secado de bacterias lácticas, reduciendo así los procesos de producción y la inversión en equipos.

4. Protección verde y ambiental

Con la creciente conciencia ambiental, las centrífugas decantadoras prestarán mayor atención a la protección del medio ambiente. Por ejemplo, el uso de lubricantes y materiales de sellado ecológicos puede reducir la contaminación ambiental; el control del ruido y las vibraciones generadas durante el funcionamiento del equipo puede mejorar el ambiente de trabajo.

En conclusión, las centrífugas decantadoras tienen un importante valor práctico y amplias perspectivas de desarrollo en el campo de la separación de bacterias lácticas. Gracias al continuo avance e innovación tecnológica, las centrífugas decantadoras mejorarán progresivamente la eficiencia de separación, reducirán el consumo energético y aumentarán el grado de automatización, proporcionando un soporte técnico más fiable y eficiente para la producción industrial de bacterias lácticas.

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