Bagaimana Memilih Jenis Sentrifugasi yang Tepat: Sentrifugasi Tabung, Sentrifugasi Cakram, atau Sentrifugasi Sekrup Horizontal?

I. Sentrifugasi adalah metode yang umum digunakan dalam konsentrasi kaldu fermentasi. Pemilihan peralatan yang tepat secara langsung memengaruhi tingkat pemulihan sel, tingkat kelangsungan hidup sel, dan efisiensi produksi. Sentrifugasi tabung, cakram, dan sekrup horizontal adalah tiga jenis peralatan sentrifugasi yang paling umum digunakan. Karena perbedaan struktur dan prinsip operasinya, skenario penerapannya sangat bervariasi. Artikel ini membahas prinsip, struktur, dan metode pemilihan ketiga jenis sentrifugasi ini berdasarkan pengalaman praktis dan tinjauan literatur, memberikan referensi untuk konsentrasi kaldu fermentasi.

II. Prinsip kerja inti dari ketiga jenis sentrifugasi adalah sama: semuanya menggunakan gaya sentrifugal, bukan gravitasi, untuk memisahkan komponen dengan densitas berbeda (sel dan cairan fermentasi) dengan cepat. Namun, karena perbedaan desain struktural, efisiensi pemisahan, kapasitas pemrosesan, dan skenario penerapannya berbeda.

1. Sentrifugal tubular dicirikan oleh "kecepatan tinggi dan faktor pemisahan tinggi." Secara struktural, sentrifugal tubular terutama terdiri dari drum berputar, pipa umpan, pipa luapan, sistem transmisi, dan casing. Drum berputar adalah tabung ramping dengan diameter kecil (biasanya 50-150 mm) dan panjang yang besar, secara efektif memperpanjang jalur pemisahan cairan dan meningkatkan efek pemisahan. Prinsipnya adalah cairan dimasukkan ke dalam drum tubular berputar berkecepatan tinggi dari saluran masuk umpan bawah. Kecepatan drum dapat mencapai 10.000-25.000 r/min, menghasilkan gaya sentrifugal yang sangat kuat. Hal ini menyebabkan sel bakteri yang lebih padat dengan cepat mengendap ke dinding bagian dalam drum, sementara cairan jernih naik di sepanjang dinding bagian dalam dan dikeluarkan dari lubang luapan atas, sehingga terjadi pemisahan sel bakteri dan cairan jernih. Sentrifugal tubular memiliki struktur yang kompak, ukuran yang kecil, dan proses pemisahan yang lembut dengan dampak minimal pada tingkat kelangsungan hidup bakteri. Sentrifugal ini cocok untuk memekatkan kaldu fermentasi dengan kandungan padatan rendah (≤5%) dan viskositas rendah, dan sangat cocok untuk mengumpulkan sel bakteri yang sangat aktif dalam produksi skala pilot dan skala kecil.

2. Sentrifugal cakram adalah peralatan utama untuk produksi industri skala besar. Secara struktural, komponen intinya adalah drum yang berputar dan rakitan cakram. Drum berbentuk silinder, dengan puluhan hingga ratusan cakram kerucut yang ditumpuk di dalamnya, membentuk saluran sempit di antaranya. Sentrifugal ini juga dilengkapi dengan alat pengumpan, mekanisme pembuangan ampas, dan sistem transmisi. Prinsipnya adalah bahwa beberapa lapisan cakram yang ditumpuk di dalam drum memperluas area pemisahan dan memperpendek jarak pengendapan. Setelah cairan umpan masuk ke dalam drum, di bawah pengaruh gaya sentrifugal, bakteri mengendap di sepanjang permukaan cakram ke dasar drum, sementara cairan jernih dikeluarkan dari atas, memungkinkan pemberian umpan dan pengeluaran secara terus menerus. Dibandingkan dengan sentrifugasi tabung, sentrifugasi cakram memiliki kapasitas pemrosesan yang lebih besar, tingkat otomatisasi yang lebih tinggi, faktor pemisahan yang moderat (3000-10000 r/min), dan gaya geser yang lembut. Sentrifugal cakram dapat memenuhi persyaratan pemisahan terus menerus untuk kaldu fermentasi skala besar sambil memastikan tingkat kelangsungan hidup bakteri. Cocok untuk memproses cairan umpan dengan kandungan padatan 2%-10%, sentrifugasi cakram merupakan peralatan pilihan untuk produksi bubuk bakteri secara industri.

3. Sentrifugal sekrup horizontal menggunakan prinsip pemberian umpan sekrup dan sedimentasi terus menerus. Cairan umpan masuk ke dalam drum berputar berkecepatan tinggi melalui pipa umpan. Di bawah pengaruh gaya sentrifugal, sel-sel bakteri mengendap ke dinding bagian dalam drum. Pengumpan ulir, yang berputar dengan kecepatan berbeda dari drum, mendorong sel bakteri yang mengendap menuju lubang pembuangan di ujung kerucut drum, sementara cairan jernih dikeluarkan dari lubang luapan di ujung drum lainnya, sehingga menghasilkan pemisahan dan pembuangan yang berkelanjutan. Secara struktural, sentrifugasi ulir horizontal terdiri dari drum, pengumpan ulir, alat pengumpan, roda gigi diferensial, dan wadah. Drum berbentuk silinder horizontal, silindris di satu ujung dan kerucut di ujung lainnya. Pengumpan ulir beroperasi dengan perbedaan kecepatan tertentu dengan drum dan bertanggung jawab untuk pembuangan. Keuntungannya meliputi kapasitas pemrosesan yang besar dan kemampuan untuk menangani cairan umpan dengan kandungan padatan tinggi (5%-20%) dengan banyak pengotor. Namun, gaya gesernya relatif tinggi, yang dapat memengaruhi tingkat kelangsungan hidup sel bakteri. Sentrifugasi ini sebagian besar digunakan untuk pemisahan kasar kaldu fermentasi atau dalam skenario produksi skala besar di mana persyaratan aktivitas bakteri tidak tinggi.

III. Jadi, bagaimana Anda memilih di antara ketiga jenis sentrifugasi ini? Pemilihan harus didasarkan pada skala produksi, karakteristik cairan umpan, dan persyaratan perlindungan spora, dengan mempertimbangkan karakteristik ketiga jenis peralatan tersebut. Untuk produksi laboratorium atau pilot skala kecil, jika tingkat kelangsungan hidup bakteri yang tinggi dan pemrosesan cairan umpan dengan kandungan padatan rendah diinginkan, sentrifugasi tubular lebih disukai, yang dapat dipasangkan dengan sistem pendingin (4°C) untuk lebih melindungi bakteri. Untuk produksi industri skala besar, jika operasi berkelanjutan diperlukan dan cairan umpan dengan kandungan padatan sedang akan diproses, sentrifugasi cakram lebih disukai, menyeimbangkan efisiensi dan aktivitas bakteri. Jika cairan umpan mengandung banyak pengotor dan memiliki kandungan padatan tinggi, dan persyaratan untuk tingkat kelangsungan hidup bakteri tidak tinggi, sentrifugasi sekrup horizontal dapat digunakan untuk mengurangi biaya pemrosesan.