Aplicação de centrífugas decantadoras na separação de bactérias láticas

I. Princípios Técnicos

Uma centrífuga decantadora é composta principalmente por um tambor rotativo e um transportador helicoidal, que giram na mesma direção com uma pequena diferença de velocidade. Após o caldo de fermentação de bactérias láticas entrar na centrífuga, sob a ação da força centrífuga gerada pela rotação em alta velocidade, as células de bactérias láticas — devido à sua maior densidade — são lançadas contra a parede interna do tambor rotativo, formando partículas sólidas (lodo bacteriano). Enquanto isso, o líquido (sobrenadante da fermentação) permanece no centro do tambor rotativo e é descarregado através de uma porta de transbordamento. O transportador helicoidal empurra o lodo bacteriano da extremidade menor do tambor rotativo para a porta de descarga de resíduos na extremidade maior, completando o processo de separação sólido-líquido.

Os principais parâmetros no processo de separação incluem a velocidade do tambor, a velocidade diferencial, a vazão de alimentação e o fator de separação. A velocidade do tambor geralmente varia de 3000 a 6000 rpm, e o fator de separação pode atingir de 1500 a 4000 g, o que permite separar eficazmente células de bactérias do ácido lático com um diâmetro de apenas 1 a 5 micrômetros. A velocidade diferencial é ajustada por um diferencial de engrenagem planetária, geralmente correspondendo a 0,2% a 2% da velocidade do tambor. Isso permite controlar a velocidade de descarga do lodo bacteriano, garantindo a eficiência da separação e a eficácia do processo.

II. Cenários de Aplicação

1. Pré-tratamento do caldo de fermentação

Após a fermentação de bactérias láticas, o caldo fermentado contém um grande número de células bacterianas, substratos não fermentados, metabólitos e uma pequena quantidade de impurezas. Centrífugas decantadoras podem ser utilizadas como equipamentos de pré-tratamento para separar rapidamente a maior parte das células bacterianas, reduzindo o teor de sólidos no caldo fermentado de 1% a 5% para menos de 0,1%, diminuindo assim a carga para processos subsequentes, como filtração e purificação. Por exemplo, na produção de iogurte, o caldo fermentado tratado por uma centrífuga decantadora pode remover parte do soro e impurezas, melhorando a consistência e a estabilidade do iogurte.

2. Concentração bacteriana

Na produção de preparações de bactérias ácido-lácticas (como pós probióticos e cápsulas de bactérias ácido-lácticas), é necessário concentrar as células bacterianas no caldo de fermentação para aumentar a concentração bacteriana. Centrífugas decantadoras podem concentrar o caldo de fermentação de bactérias ácido-lácticas de 10 a 50 vezes, fazendo com que o teor de bactérias ácido-lácticas no lodo bacteriano atinja 10¹⁰-10¹² UFC/g. O lodo bacteriano concentrado pode ser liofilizado diretamente ou processado posteriormente por meio de lavagem, refino e outros processos para melhorar a pureza.

3. Refino e Lavagem

Para remover impurezas, metabólitos e componentes do meio de cultura da superfície das células de bactérias láticas, o lodo bacteriano concentrado precisa ser lavado. Centrífugas decantadoras podem adicionar soluções de lavagem (como água estéril e solução salina normal) durante o processo de separação. Através da lavagem em contracorrente, as impurezas no lodo bacteriano são removidas e a pureza das bactérias láticas é melhorada. Por exemplo, na produção de pó de bactérias láticas de alta pureza, lavagens múltiplas usando uma centrífuga decantadora podem fazer com que a pureza das bactérias láticas atinja mais de 95%.

III. Vantagens

1. Operação contínua e grande capacidade de processamento

As centrífugas decantadoras permitem alimentação, separação e descarga de escória contínuas, sem necessidade de interrupção para o descarregamento. Sua capacidade de processamento pode atingir de 1 a 100 m³/h, tornando-as adequadas para produção industrial em larga escala. Em contrapartida, os equipamentos tradicionais de separação centrífuga (como as centrífugas tubulares) requerem operação intermitente, possuem baixa capacidade de processamento e apresentam dificuldades para atender às necessidades de produção em larga escala.

2. Alta eficiência de separação e alta taxa de recuperação bacteriana

As centrífugas decantadoras possuem um alto fator de separação, sendo capazes de separar eficazmente células de bactérias láticas minúsculas, com uma taxa de recuperação bacteriana de 90% a 99%. Ao mesmo tempo, o efeito de separação do equipamento é estável e não é afetado por fatores como concentração da alimentação e temperatura, garantindo a consistência da qualidade do produto.

3. Alto grau de automação e operação fácil

As centrífugas decantadoras modernas geralmente são equipadas com um sistema de controle PLC, que permite o ajuste e monitoramento automáticos de parâmetros como velocidade de rotação, velocidade diferencial e vazão de alimentação. Os operadores precisam apenas fazer configurações simples por meio da tela sensível ao toque para concluir todo o processo de separação, reduzindo a intervenção manual e melhorando a eficiência da produção e a segurança operacional.

4. Alta adaptabilidade e ampla gama de aplicações

As centrífugas decantadoras permitem o ajuste de parâmetros como velocidade do tambor, velocidade diferencial e vazão de alimentação, de acordo com as características de diferentes caldos de fermentação de bactérias láticas (como viscosidade, teor de sólidos e tamanho bacteriano), para obter o melhor efeito de separação. Ao mesmo tempo, o equipamento também pode ser utilizado para a separação de outros microrganismos (como leveduras e Escherichia coli), apresentando uma ampla gama de aplicações.

IV. Precauções

1. Seleção de Equipamentos

Selecione um modelo de centrífuga decantadora adequado com base nas características do caldo de fermentação de bactérias láticas e nos requisitos de produção. Os principais fatores a serem considerados incluem capacidade de processamento, fator de separação, faixa de ajuste da velocidade diferencial e material do tambor. Por exemplo, para caldos de fermentação de alta viscosidade, deve-se selecionar uma centrífuga com um diâmetro de tambor maior e uma velocidade de rotação mais alta; para caldos de fermentação altamente corrosivos, deve-se escolher um tambor de aço inoxidável.

2. Otimização dos parâmetros operacionais

Ao utilizar uma centrífuga decantadora para a separação de bactérias láticas, é necessário otimizar os parâmetros operacionais para garantir a eficiência da separação e a taxa de recuperação bacteriana. Por exemplo, uma velocidade excessivamente alta do tambor pode causar a ruptura das células das bactérias láticas, afetando a qualidade do produto; uma velocidade excessivamente baixa pode não separar as células das bactérias láticas de forma eficaz. A velocidade diferencial e a vazão de alimentação também precisam ser ajustadas de acordo com as condições reais para evitar problemas como o entupimento da saída de resíduos por lodo bacteriano ou um efeito de separação insatisfatório.

3. Manutenção e limpeza de equipamentos

A manutenção e limpeza regulares das centrífugas decantadoras são cruciais para garantir o funcionamento normal do equipamento e a qualidade do produto. As principais tarefas de manutenção incluem a verificação do desgaste de componentes como o tambor, a rosca transportadora e os rolamentos, e a substituição oportuna de componentes danificados; a limpeza de resíduos bacterianos e impurezas na parede interna do tambor e nas pás da rosca transportadora para prevenir o crescimento bacteriano e a corrosão do equipamento.

4. Proteção da atividade bacteriana

As bactérias do ácido lático são microrganismos sensíveis ao ambiente. Durante o processo de separação, elas são facilmente afetadas por fatores como temperatura, pressão e força de cisalhamento, o que leva a uma diminuição da atividade bacteriana. Portanto, ao utilizar uma centrífuga decantadora para a separação de bactérias do ácido lático, medidas apropriadas devem ser tomadas para proteger a atividade bacteriana. Por exemplo, controlar a temperatura do caldo de fermentação entre 4 e 10 °C para reduzir os danos causados ​​pela força de cisalhamento às bactérias; utilizar uma solução de lavagem suave durante o processo de lavagem para evitar o uso de soluções salinas de alta concentração ou solventes orgânicos.

V. Tendências de Desenvolvimento

1. Inteligência e Automação

Com o desenvolvimento da Indústria 4.0, as centrífugas decantadoras se tornarão mais inteligentes e automatizadas. As futuras centrífugas decantadoras serão equipadas com sensores e sistemas de controle mais avançados, capazes de monitorar em tempo real as características do caldo de fermentação (como viscosidade, teor de sólidos e concentração bacteriana) e ajustar automaticamente os parâmetros operacionais para obter o melhor resultado de separação. Ao mesmo tempo, o equipamento também será conectado a outros equipamentos da linha de produção (como tanques de fermentação, filtros e secadores) para realizar o controle e gerenciamento automáticos do processo produtivo.

2. Alta eficiência e economia de energia

Para melhorar a eficiência da produção e reduzir o consumo de energia, as centrífugas decantadoras estão sendo aprimoradas em termos de eficiência e economia de energia. Por exemplo, a adoção de novas estruturas e materiais para o tambor pode aumentar o fator de separação e a velocidade do tambor, melhorando assim a eficiência da separação; o uso de motores de frequência variável e sistemas de controle de economia de energia pode reduzir o consumo de energia do equipamento.

3. Multifuncionalização

As futuras centrífugas decantadoras não serão utilizadas apenas para a separação sólido-líquido, mas também integrarão mais funções, como lavagem bacteriana, refino e secagem. Por exemplo, a instalação de zonas de lavagem e secagem dentro da centrífuga permitirá a integração da separação, lavagem e secagem de bactérias láticas, reduzindo etapas de produção e o investimento em equipamentos.

4. Proteção Verde e Ambiental

Com a crescente conscientização ambiental, as centrífugas decantadoras darão mais atenção à sustentabilidade e à proteção ambiental. Por exemplo, o uso de lubrificantes e materiais de vedação ecologicamente corretos pode reduzir a poluição ambiental; o controle do ruído e da vibração gerados durante a operação do equipamento pode melhorar o ambiente de trabalho.

Em conclusão, as centrífugas decantadoras possuem importante valor de aplicação e amplas perspectivas de desenvolvimento na área de separação de bactérias láticas. Com o avanço e a inovação contínuos da tecnologia, as centrífugas decantadoras irão aprimorar cada vez mais a eficiência da separação, reduzir o consumo de energia e aumentar o grau de automação, fornecendo um suporte técnico mais confiável e eficiente para a produção industrial de bactérias láticas.

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