Tecnologia di centrifugazione per fermentazioni ad alta densità

I processi di fermentazione ad alta densità utilizzati nella produzione di proteine alternative generano fluidi complessi con elevata concentrazione di solidi e alta viscosità. Alfa Laval ha sviluppato la centrifuga PureFerm 750 N per migliorare l’efficienza di separazione e il recupero del prodotto in questi ambienti di bioprocesso.

Sfide di separazione nella fermentazione di precisione
La fermentazione di precisione sta diventando un metodo produttivo sempre più importante per le proteine alternative come la caseina utilizzata nei sostituti dei prodotti lattiero-caseari. In questi processi, i microrganismi vengono ingegnerizzati per produrre proteine funzionali in grado di replicare la struttura e il valore nutrizionale delle proteine del latte tradizionali.

Dopo la fermentazione e la rottura cellulare, il fluido risultante contiene generalmente elevate concentrazioni di biomassa e proteine, generando un flusso di alimentazione con alta viscosità e densità di solidi. Queste caratteristiche rendono più complessi i processi di separazione, poiché le centrifughe convenzionali spesso perdono efficienza quando aumenta il carico di solidi.

La centrifuga PureFerm 750 N è stata sviluppata per affrontare queste condizioni di processo. Il sistema è progettato per operare in ambienti di fermentazione ad alta densità dove sono richieste un’elevata efficienza di separazione dei solidi e un alto recupero del prodotto prima delle fasi di purificazione a valle.

Maggiore efficienza di separazione nella fermentazione della caseina
La centrifuga è stata testata in un’applicazione industriale relativa alla produzione di caseina tramite fermentazione di precisione presso un impianto europeo di produzione conto terzi che supporta una start-up del settore delle proteine alternative.

La caseina prodotta tramite fermentazione viene utilizzata in prodotti come bevande vegetali alternative al latte, sostituti del formaggio, formulazioni di yogurt e alimenti arricchiti di proteine.

In questa applicazione, il brodo di fermentazione presentava un’elevata concentrazione di solidi dopo la rottura cellulare. Con l’implementazione della PureFerm 750 N, il produttore ha ottenuto una riduzione di dieci volte del trascinamento dei solidi nel prodotto rispetto ai risultati ottenuti nell’impianto pilota.

Una minore presenza di solidi riduce l’incrostazione nelle fasi di processo successive come filtrazione ed essiccazione. La riduzione del fouling può diminuire la frequenza delle operazioni di pulizia delle apparecchiature e stabilizzare le condizioni operative, contribuendo a mantenere una qualità più costante dell’ingrediente finale.

Design ermetico della centrifuga per bioprocessi sensibili
La centrifuga integra l’Hermetic Design di Alfa Laval, progettato per migliorare la gestione del prodotto nei processi biotecnologici. Il sistema utilizza un ingresso dal basso e un percorso di flusso ermeticamente sigillato per limitare le forze di taglio sui materiali biologici.

Livelli inferiori di sollecitazione meccanica sono particolarmente importanti nei processi di fermentazione, dove cellule sensibili o strutture proteiche possono essere danneggiate da elevate sollecitazioni. Il design riduce inoltre il rischio di formazione di schiuma e limita l’aumento di temperatura durante la separazione, fattori che possono influenzare la stabilità delle proteine.

Oltre a migliorare l’efficienza di separazione, la centrifuga ha raggiunto un elevato fattore di concentrazione, consentendo di trattare la fase pesante con meno cicli di lavaggio. Nell’applicazione descritta, ciò ha dimezzato il numero di fasi di lavaggio nei processi a valle, riducendo il tempo di processo e il consumo di acqua fresca.

Capacità e prestazioni di processo
Durante le prove industriali, la PureFerm 750 N ha raggiunto una capacità di lavorazione superiore del 30–40% rispetto a quanto inizialmente previsto dal team di sviluppo. Una maggiore capacità di separazione è particolarmente importante negli impianti di fermentazione, dove la produttività complessiva è spesso limitata dalle fasi di lavorazione successive.

Il miglioramento nella separazione dei solidi ha inoltre ridotto le perdite di prodotto nei flussi laterali, un problema comune nei processi di produzione di proteine basati sulla fermentazione quando i sistemi di separazione non riescono a recuperare in modo efficiente le proteine target.

Ruolo nel settore emergente delle proteine alternative
Con l’espansione del settore delle proteine alternative, i processi di fermentazione stanno passando dagli ambienti di laboratorio alla produzione industriale. Questa transizione introduce nuove sfide operative, tra cui concentrazioni di biomassa più elevate, volumi di processo maggiori e requisiti più rigorosi in termini di recupero del prodotto.

I sistemi di centrifugazione progettati specificamente per fermentazioni ad alta densità possono aiutare i produttori a mantenere l’efficienza anche con l’aumento delle scale produttive. Migliorando le prestazioni di separazione e riducendo il carico sui processi a valle come filtrazione ed essiccazione, queste tecnologie contribuiscono a operazioni produttive più stabili e a un utilizzo più efficiente delle risorse.

Profilo aziendale
Alfa Laval sviluppa apparecchiature industriali per il trasferimento di calore, la separazione e la gestione dei fluidi utilizzate in settori come l’industria alimentare, la biotecnologia, l’energia e il settore marittimo. Il portafoglio tecnologico dell’azienda comprende centrifughe progettate per processi di fermentazione, produzione di bevande e applicazioni biotecnologiche nell’industria farmaceutica.

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