유산균 분리에 있어서 데칸터 원심분리기의 적용

I. 기술 원칙

데칸터 원심분리기는 회전 드럼과 스크류 컨베이어로 구성되며, 두 드럼은 같은 방향으로 회전하지만 속도 차이가 거의 없습니다. 유산균 발효액이 원심분리기에 유입되면, 고속 회전으로 발생하는 원심력에 의해 밀도가 높은 유산균 세포가 회전 드럼 내벽으로 밀려나가 고체 입자(박테리아 슬러지)를 형성합니다. 한편, 액체(발효 상등액)는 회전 드럼 중앙에 남아 오버플로우 포트를 통해 배출됩니다. 스크류 컨베이어는 회전 드럼의 작은 쪽 끝에서 큰 쪽 끝의 슬래그 배출구로 박테리아 슬러지를 밀어내어 고액 분리 과정을 완료합니다.

분리 공정의 주요 매개변수로는 드럼 속도, 차동 속도, 공급 유량, 그리고 분리 계수가 있습니다. 드럼 속도는 일반적으로 3,000~6,000rpm이며, 분리 계수는 최대 1,500~4,000g까지 가능하여 직경 1~5마이크로미터의 유산균 세포도 효과적으로 분리할 수 있습니다. 차동 속도는 유성 기어 차동 장치에 의해 조절되며, 일반적으로 드럼 속도의 0.2~2%를 차지합니다. 이 장치는 박테리아 슬러지의 배출 속도를 제어하여 분리 효율과 처리 효율을 보장합니다.

II. 응용 프로그램 시나리오

1. 발효액 전처리

유산균 발효 후, 발효액에는 다량의 유산균 세포, 미발효 기질, 대사산물, 그리고 소량의 불순물이 포함됩니다. 데칸터 원심분리기는 전처리 장비로 사용되어 대부분의 유산균 세포를 빠르게 분리하고, 발효액의 고형분 함량을 1~5%에서 0.1% 미만으로 줄여 여과 및 정제와 같은 후속 공정의 부담을 줄일 수 있습니다. 예를 들어, 요구르트 생산 시 데칸터 원심분리기로 처리한 발효 요구르트액은 유청과 불순물의 일부를 제거하여 요구르트의 점도와 안정성을 향상시킬 수 있습니다.

2. 세균 농도

유산균 제제(예: 프로바이오틱스 분말 및 유산균 캡슐)를 생산할 때는 발효액에 유산균 세포를 농축하여 유산균 농도를 높여야 합니다. 데칸터 원심분리기는 유산균 발효액을 10~50배 농축하여 유산균 슬러지 내 유산균 함량을 10¹⁰~10¹² CFU/g까지 높일 수 있습니다. 농축된 유산균 슬러지는 직접 동결건조하거나 세척, 정제 등의 추가 가공을 통해 순도를 높일 수 있습니다.

3. 정제 및 세척

유산균 세포 표면의 불순물, 대사산물, 배지 성분을 제거하려면 농축된 유산균 슬러지를 세척해야 합니다. 데칸터 원심분리기는 분리 과정에서 세척액(멸균수, 생리식염수 등)을 첨가할 수 있습니다. 역류 세척을 통해 유산균 슬러지의 불순물이 제거되고 유산균의 순도가 향상됩니다. 예를 들어, 고순도 유산균 분말을 생산할 때 데칸터 원심분리기를 사용하여 여러 번 세척하면 유산균 순도를 95% 이상으로 높일 수 있습니다.

III. 장점

1. 연속 운전 및 대용량 처리 용량

데칸터 원심분리기는 슬래그 배출을 위해 정지하지 않고 연속적인 공급, 분리 및 슬래그 배출을 수행할 수 있습니다. 처리 용량은 1~100m³/h에 달하여 대규모 산업 생산에 적합합니다. 반면, 관형 원심분리기와 같은 기존 원심분리 장비는 간헐적인 작동이 필요하고 처리 용량이 작아 대규모 생산 요구를 충족하기 어렵습니다.

2. 높은 분리 효율 및 높은 박테리아 회수율

데칸터 원심분리기는 높은 분리 계수를 가지고 있어 미세한 유산균 세포를 효과적으로 분리할 수 있으며, 90~99%의 박테리아 회수율을 자랑합니다. 또한, 장비의 분리 효과는 안정적이며 공급 농도 및 온도와 같은 요인의 영향을 받지 않아 제품 품질의 일관성을 보장합니다.

3. 높은 수준의 자동화 및 쉬운 조작

최신 데칸터 원심분리기는 일반적으로 PLC 제어 시스템을 갖추고 있어 회전 속도, 차동 속도, 공급 유량 등의 매개변수를 자동으로 조정하고 모니터링할 수 있습니다. 작업자는 터치스크린을 통해 간단한 설정만으로 전체 분리 공정을 완료할 수 있어 수동 개입을 줄이고 생산 효율과 운영 안전성을 향상시킵니다.

4. 강력한 적응력과 폭넓은 적용 범위

데칸터 원심분리기는 다양한 유산균 발효액의 특성(점도, 고형분 함량, 박테리아 크기 등)에 따라 드럼 속도, 차동 속도, 공급 유량 등의 매개변수를 조절하여 최상의 분리 효과를 얻을 수 있습니다. 동시에, 이 장비는 효모, 대장균 등 다른 미생물의 분리에도 사용 가능하며, 적용 범위가 매우 넓습니다.

IV. 주의사항

1. 장비 선택

유산균 발효액의 특성과 생산 요건에 따라 적절한 데칸터 원심분리기 모델을 선택하십시오. 주요 고려 사항은 처리 용량, 분리 계수, 차동 속도 조절 범위, 그리고 드럼 재질입니다. 예를 들어, 고점도 발효액의 경우, 드럼 직경이 더 크고 회전 속도가 빠른 원심분리기를 선택해야 하며, 부식성이 높은 발효액의 경우 스테인리스 스틸 재질의 드럼을 선택해야 합니다.

2. 운영 매개변수 최적화

데칸터 원심분리기를 사용하여 유산균을 분리할 경우, 분리 효율과 박테리아 회수율을 보장하기 위해 작동 매개변수를 최적화해야 합니다. 예를 들어, 드럼 속도가 너무 높으면 유산균 세포가 파열되어 제품 품질에 영향을 미칠 수 있으며, 속도가 너무 낮으면 유산균 세포를 효과적으로 분리하지 못할 수 있습니다. 또한, 박테리아 슬러지가 슬래그 배출구를 막히거나 분리 효과가 저하되는 등의 문제를 방지하기 위해 차동 속도와 공급 유량을 실제 조건에 맞게 조정해야 합니다.

3. 장비 유지 관리 및 청소

데칸터 원심분리기의 정기적인 유지보수 및 청소는 장비의 정상적인 작동과 제품 품질을 보장하는 데 필수적입니다. 주요 유지보수 작업으로는 드럼, 스크류 컨베이어, 베어링 등 부품의 마모 상태를 점검하고 손상된 부품을 적시에 교체하는 것, 그리고 드럼 내벽과 스크류 컨베이어 블레이드에 남아 있는 박테리아 슬러지와 불순물을 청소하여 박테리아 증식 및 장비 부식을 방지하는 것이 있습니다.

4. 박테리아 활동 보호

유산균은 환경에 민감한 미생물입니다. 분리 과정에서 온도, 압력, 전단력 등의 요인에 쉽게 영향을 받아 박테리아 활성이 감소합니다. 따라서 데칸터 원심분리기를 사용하여 유산균을 분리할 때는 박테리아 활성을 보호하기 위한 적절한 조치가 필요합니다. 예를 들어, 발효액의 온도를 4~10°C로 조절하여 전단력에 의한 박테리아 손상을 줄이고, 세척 과정에서는 고농도 염 용액이나 유기 용매 사용을 피하기 위해 순한 세척액을 사용하십시오.

V. 개발 동향

1. 지능과 자동화

인더스트리 4.0의 발전으로 데칸터 원심분리기는 더욱 지능화되고 자동화될 것입니다. 미래의 데칸터 원심분리기에는 더욱 발전된 센서와 제어 시스템이 탑재되어 발효액의 특성(점도, 고형분 함량, 박테리아 농도 등)을 실시간으로 모니터링하고, 최적의 분리 효과를 달성하기 위해 작동 매개변수를 자동으로 조정할 수 있습니다. 동시에, 이 장비는 생산 라인의 다른 장비(발효 탱크, 필터, 건조기 등)와 연결되어 생산 공정의 자동 제어 및 관리를 실현할 것입니다.

2. 고효율 및 에너지 절약

생산 효율을 높이고 에너지 소비를 줄이기 위해 데칸터 원심분리기는 더 높은 효율과 에너지 절약을 목표로 개발될 것입니다. 예를 들어, 새로운 드럼 구조와 소재를 채택하면 분리 계수와 드럼 속도가 증가하여 분리 효율이 향상될 수 있습니다. 가변 주파수 모터와 에너지 절약 제어 시스템을 사용하면 장비의 에너지 소비를 줄일 수 있습니다.

3. 다기능화

미래의 데칸터 원심분리기는 고액 분리뿐만 아니라 박테리아 세척, 정제, 건조 등 더 많은 기능을 통합할 것입니다. 예를 들어, 원심분리기 내부에 세척 및 건조 구역을 설치하여 유산균의 분리, 세척, 건조를 통합함으로써 생산 라인과 설비 투자를 절감할 수 있습니다.

4. 녹색 및 환경 보호

환경 의식이 향상됨에 따라, 데칸터 원심분리기는 친환경 및 환경 보호에 더욱 집중할 것입니다. 예를 들어, 친환경 윤활제와 밀봉재를 사용하면 환경 오염을 줄일 수 있으며, 장비 작동 중 발생하는 소음과 진동을 제어하여 작업 환경을 개선할 수 있습니다.

결론적으로, 데칸터 원심분리기는 유산균 분리 분야에서 중요한 응용 가치와 폭넓은 개발 전망을 가지고 있습니다. 기술의 지속적인 발전과 혁신을 통해 데칸터 원심분리기는 분리 효율을 지속적으로 향상시키고, 에너지 소비를 줄이며, 자동화 수준을 향상시켜 유산균 산업 생산에 더욱 안정적이고 효율적인 기술 지원을 제공할 것입니다.

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