Zentrifugentechnologie für hochdichte Fermentationsprozesse

Hochdichte Fermentationsprozesse in der alternativen Proteinproduktion erzeugen komplexe Flüssigkeiten mit erhöhtem Feststoffgehalt und hoher Viskosität. Alfa Laval hat mit der PureFerm 750 N eine Zentrifuge entwickelt, die die Trenneffizienz und Produktausbeute in solchen biotechnologischen Prozessen verbessert.

Trennherausforderungen in der Präzisionsfermentation
Die Präzisionsfermentation entwickelt sich zunehmend zu einer wichtigen Produktionsmethode für alternative Proteine wie Casein, das in Milchalternativen eingesetzt wird. In diesen Verfahren werden Mikroorganismen so modifiziert, dass sie funktionelle Proteine produzieren, die Struktur und Nährwert herkömmlicher Milchproteine nachbilden können.

Nach der Fermentation und Zellaufschluss entsteht ein Prozessstrom mit hoher Biomassekonzentration und hohem Proteingehalt. Dadurch entstehen Flüssigkeiten mit erhöhter Viskosität und hoher Feststoffdichte. Diese Eigenschaften erschweren die Trennung, da herkömmliche Zentrifugen bei hohen Feststoffbelastungen oft an Effizienz verlieren.

Die Zentrifuge PureFerm 750 N wurde speziell für solche Prozessbedingungen entwickelt. Das System ist für Fermentationsprozesse mit hoher Zelldichte ausgelegt, bei denen eine effiziente Feststoffabtrennung und eine hohe Produktausbeute vor den nachgelagerten Aufreinigungsschritten erforderlich sind.

Verbesserte Trenneffizienz bei der Casein-Fermentation
Die Zentrifuge wurde in einer industriellen Anwendung zur Herstellung von fermentativ erzeugtem Casein in einer europäischen Auftragsfertigungsanlage getestet, die ein Start-up im Bereich alternativer Milchproteine unterstützt. Fermentativ produziertes Casein wird in Produkten wie pflanzenbasierten Milchalternativen, Käsealternativen, Joghurtformulierungen und proteinangereicherten Lebensmitteln eingesetzt.

In dieser Anwendung enthielt die Fermentationsbrühe nach dem Zellaufschluss eine hohe Feststoffkonzentration. Beim Einsatz der PureFerm 750 N wurde im Vergleich zu den Ergebnissen aus der Pilotanlage eine zehnfache Reduzierung des Feststoffübertrags in das Produkt erreicht.

Ein geringerer Feststoffübertrag reduziert Ablagerungen in nachgelagerten Prozessschritten wie Filtration und Trocknung. Weniger Fouling kann die Häufigkeit von Reinigungszyklen reduzieren und stabilere Prozessbedingungen ermöglichen, was wiederum zu einer gleichmäßigeren Produktqualität beiträgt.

Hermetisches Zentrifugendesign für empfindliche Bioprozesse
Die Zentrifuge basiert auf dem Hermetic Design™ von Alfa Laval, das speziell für biotechnologische Anwendungen entwickelt wurde. Das System verwendet einen bodengespeisten Einlass und einen hermetisch abgeschlossenen Strömungsweg, um Scherkräfte auf empfindliche Biomaterialien zu reduzieren.

Niedrigere Scherkräfte sind besonders in Fermentationsprozessen relevant, da empfindliche Zellen oder Proteinstrukturen durch mechanische Belastungen beschädigt werden können. Das Design reduziert außerdem Schaumbildung und begrenzt Temperaturanstiege während der Trennung, die die Stabilität von Proteinen beeinflussen könnten.

Zusätzlich erreichte die Zentrifuge einen hohen Konzentrationsfaktor, wodurch die schwere Phase mit weniger Waschzyklen weiterverarbeitet werden konnte. In der beschriebenen Anwendung halbierte sich dadurch die Anzahl der Waschschritte in den nachgelagerten Prozessen, was Prozesszeit und Frischwasserverbrauch reduzierte.

Kapazität und Prozessleistung
Während der industriellen Tests erreichte die PureFerm 750 N eine 30 bis 40 % höhere Verarbeitungskapazität als ursprünglich erwartet. Eine höhere Trennkapazität ist besonders in Fermentationsanlagen wichtig, da der Durchsatz häufig durch nachgelagerte Prozessschritte begrenzt wird.

Die verbesserte Feststoffabtrennung reduzierte zudem Produktverluste in Nebenströmen – ein häufiges Problem in fermentationsbasierten Proteinproduktionsprozessen, wenn Trennsysteme die Zielproteine nicht effizient zurückgewinnen können.

Bedeutung für die wachsende alternative Proteinindustrie
Mit dem Wachstum der alternativen Proteinindustrie werden Fermentationsprozesse zunehmend von Labor- und Pilotanlagen auf industrielle Produktionsmaßstäbe übertragen. Dieser Übergang bringt neue Herausforderungen mit sich, darunter höhere Biomassekonzentrationen, größere Prozessvolumina und strengere Anforderungen an die Produktausbeute.

Zentrifugensysteme, die speziell für hochdichte Fermentation ausgelegt sind, können Herstellern helfen, auch bei steigenden Produktionsvolumina eine hohe Effizienz zu erreichen. Durch verbesserte Trennleistung und eine geringere Belastung nachgelagerter Prozesse wie Filtration und Trocknung tragen solche Technologien zu stabileren Produktionsabläufen und einer effizienteren Ressourcennutzung bei.

Unternehmensprofil
Alfa Laval entwickelt industrielle Anlagen für Wärmeübertragung, Separation und Fluidhandling. Die Technologien des Unternehmens werden unter anderem in der Lebensmittelverarbeitung, Biotechnologie, Energieindustrie und Schifffahrt eingesetzt. Zum Portfolio gehören auch Zentrifugen für Fermentationsprozesse, Getränkeproduktion und biotechnologische Anwendungen in der Pharmaindustrie.

www.alfalaval.de