Aplicación de centrífugas decantadoras en la separación de bacterias lácticas

I. Principios técnicos

Una centrífuga decantadora se compone principalmente de un tambor giratorio y un transportador de tornillo, que giran en la misma dirección con una pequeña diferencia de velocidad. Tras el ingreso del caldo de fermentación de las bacterias lácticas a la centrífuga, bajo la acción de la fuerza centrífuga generada por la rotación a alta velocidad, las células de las bacterias lácticas, debido a su mayor densidad, se proyectan hacia la pared interna del tambor giratorio, formando partículas sólidas (lodo bacteriano). Mientras tanto, el líquido (sobrenadante de fermentación) permanece en el centro del tambor giratorio y se descarga a través de un puerto de rebose. El transportador de tornillo empuja el lodo bacteriano desde el extremo pequeño del tambor giratorio hasta el puerto de descarga de escoria en el extremo grande, completando así el proceso de separación sólido-líquido.

Los parámetros clave del 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 lácticas con un diámetro de tan solo 1 a 5 micras. La velocidad diferencial se ajusta mediante un diferencial de engranajes planetarios, que generalmente representa entre el 0,2 % y el 2 % de la velocidad del tambor. Este sistema controla la velocidad de descarga del lodo bacteriano para garantizar la eficiencia de la separación y la eficacia 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 lácticas, sustratos no fermentados, metabolitos y una pequeña cantidad de impurezas. Las centrífugas decantadoras pueden utilizarse como equipo de pretratamiento para separar rápidamente la mayoría de las células lácticas, reduciendo el contenido de sólidos en el caldo de fermentación del 1 % al 5 % a menos del 0,1 %, lo que reduce 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 puede eliminar parte del suero y las impurezas, mejorando así la consistencia y la estabilidad del yogur.

2. Concentración bacteriana

En la producción de preparaciones de bacterias lácticas (como polvos probióticos y cápsulas), es necesario concentrar las células de bacterias lácticas en el caldo de fermentación para aumentar su concentración. Las centrífugas decantadoras pueden concentrar el caldo de fermentación de bacterias lácticas entre 10 y 50 veces, lo que permite que el contenido de bacterias lácticas en el lodo bacteriano alcance 10¹⁰-10¹² UFC/g. El lodo bacteriano concentrado puede liofilizarse directamente o procesarse mediante lavado, refinación y otros procesos para mejorar su pureza.

3. Refinación y lavado

Para eliminar impurezas, metabolitos y componentes del medio en la superficie de las células de bacterias lácticas, es necesario lavar el lodo bacteriano concentrado. Las centrífugas decantadoras pueden 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, múltiples lavados con una centrífuga decantadora pueden alcanzar una pureza superior al 95 %.

III. Ventajas

1. Operación continua y gran capacidad de procesamiento

Las centrífugas decantadoras permiten la alimentación, separación y descarga de escoria de forma continua sin necesidad de detenerse para su descarga. Su capacidad de procesamiento puede alcanzar de 1 a 100 m³/h, lo que las hace idóneas para la producción industrial a gran escala. Por el contrario, los equipos de separación centrífuga tradicionales (como las centrífugas tubulares) requieren un funcionamiento intermitente, tienen una capacidad de procesamiento reducida y son 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 las diminutas células de bacterias lácticas, con una tasa de recuperación bacteriana del 90% al 99%. Además, el efecto de separación del equipo es estable y no se ve afectado por factores como la concentración de la alimentación ni la temperatura, 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 operadores 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. Fuerte adaptabilidad y amplia gama de aplicaciones.

Las centrífugas decantadoras pueden ajustar parámetros como la velocidad del tambor, la velocidad diferencial y el caudal de alimentación según las características de los diferentes caldos de fermentación de bacterias lácticas (como la viscosidad, el contenido de sólidos y el tamaño bacteriano) para lograr la mejor separación. Asimismo, el equipo también puede utilizarse para la separación de otros microorganismos (como levaduras y Escherichia coli), con una amplia gama de aplicaciones.

IV. Precauciones

1. Selección de equipo

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 la 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 mayor velocidad de rotación; para caldos de fermentación altamente corrosivos, se debe elegir un tambor de acero inoxidable.

2. Optimización de los parámetros operativos

Al utilizar una centrífuga decantadora para la separación de bacterias lácticas, es necesario optimizar los parámetros de operación para garantizar la eficiencia de la separación y la tasa de recuperación bacteriana. Por ejemplo, una velocidad excesiva del tambor puede provocar la ruptura de las células lácticas, lo que afecta la calidad del producto; una velocidad excesivamente baja puede impedir la separación eficaz de las células lácticas. La velocidad diferencial y el caudal de alimentación también deben ajustarse a las condiciones reales para evitar problemas como la obstrucción del puerto de descarga de escoria por lodos bacterianos o una separación deficiente.

3. Mantenimiento y limpieza de equipos

El mantenimiento y la limpieza regulares de las centrífugas decantadoras son cruciales para garantizar el funcionamiento normal del equipo y la calidad del producto. Las principales tareas de mantenimiento incluyen la revisión del desgaste de componentes como el tambor, el transportador de tornillo y los rodamientos, y la sustitución oportuna de los componentes dañados; así como la limpieza de lodos bacterianos e impurezas residuales en la pared interna del tambor y las palas del transportador de tornillo para prevenir la proliferación bacteriana y la corrosión del equipo.

4. Protección de la actividad bacteriana

Las bacterias lácticas son microorganismos sensibles al medio ambiente. 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 bacteriana. Por lo tanto, al utilizar una centrífuga decantadora para la separación de bacterias lácticas, se deben tomar las medidas adecuadas para proteger la actividad bacteriana. Por ejemplo, controlar la temperatura del caldo de fermentación a 4-10 °C para reducir el daño causado por la fuerza de cizallamiento a las bacterias; utilizar una solución de lavado suave durante el proceso para evitar el uso de soluciones salinas o disolventes orgánicos de alta concentración.

V. Tendencias del desarrollo

1. Inteligencia y automatización

Con el desarrollo de la Industria 4.0, las centrífugas decantadoras serán cada vez más inteligentes y automatizadas. Las futuras centrífugas decantadoras estarán equipadas 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 operación para lograr la mejor separación. Al mismo tiempo, el equipo se conectará a otros equipos de la línea de producción (como tanques de fermentación, filtros y secadores) para automatizar el control y la gestión del proceso de producción.

2. Alta eficiencia y ahorro de energía

Para mejorar la eficiencia de producción y reducir el consumo energético, las centrífugas decantadoras se desarrollarán para lograr una mayor eficiencia y ahorro energético. Por ejemplo, la adopción de nuevas estructuras y materiales de 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 ahorro energético puede reducir el consumo energético 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 bacteriano, el refinado y el secado. Por ejemplo, la instalación de zonas de lavado y secado dentro de la centrífuga permite integrar la separación, el lavado y el secado de bacterias lácticas, reduciendo así los eslabones de producción y la inversión en equipos.

4. Protección verde y ambiental

Con la mejora de la 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, y el control del ruido y las vibraciones generados durante el funcionamiento del equipo puede mejorar el entorno de trabajo.

En conclusión, las centrífugas decantadoras tienen un importante valor de aplicación 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 continuamente la eficiencia de separación, reducirán el consumo energético y mejorarán el grado de automatización, proporcionando un soporte técnico más fiable y eficiente para la producción industrial de bacterias lácticas.