Systeme für die zelluläre Landwirtschaft – nachgelagerte Verarbeitung
Ernten
Die Zellernte ist ein wichtiger Schritt in der fermentierungsbasierten Produktion. Die Wahl des Separationssystems hat dabei großen Einfluss auf die Produktqualität, den Ertrag und die Kosten für die nachgelagerte Verarbeitung. Die Abstimmung des Erntesystems auf die Art des Verfahrens und die verwendeten Mikroorganismen ist daher entscheidend für eine hohe Anlagenleistung.
Zellernte
Alfa Laval beliefert die Fermentationsindustrie seit Jahrzehnten mit Separationsanlagen. Unser Portfolio umfasst Tellerseparatoren und Dekanter für alle Zelltypen und Anlagengrößen. Unsere Anwendungsspezialisten helfen Ihnen gern bei der Auswahl des für Sie am besten geeigneten Separationssystems.
Dekanterzentrifugen
Die Separationsleistung in der Erntephase hat entscheidenden Einfluss auf die Ausbeute des Verfahrens. Die Wahl der Separationsausrüstung, die exakt zu Ihrem Verfahren und Mikroorganismus passt, ist damit der Erfolgsfaktor für optimale Ergebnisse.
Für die Fermentation von Biomasse gelten die Alfa Laval Foodec-Dekanterzentrifugen aufgrund ihrer herausragenden Kapazität zur Handhabung von Feststoffen, der erstklassigen Reinigungsfähigkeit, dem hygienischen Design und den geringen Wartungsanforderungen als erste Wahl.
Foodec-Einheiten sind mit einem zweiphasigen Schwerkraft-Flüssigkeitsablauf oder einem mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsabfluss (Schälscheibe) erhältlich, der genutzt werden kann, wenn Schaumbildung ein Problem darstellt.
Bei Zufuhrschwankungen ist es möglich, Foodec-Dekanter auch mit einem automatisierten Alfa Laval PondCtrl-System auszustatten, das den Flüssigkeitsstand in der Dekanterzentrifuge im Betrieb kontrolliert. PondCtrl ermöglicht schnelle Anpassungen des Separationsprozesses, beschleunigt die Reinigung und erleichtert Start- und Stoppvorgänge. Das verlängert die Betriebszeit und erhöht den Ertrag.
Separatoren
Ein Alfa Laval Separator ist die beste Wahl für anspruchsvollere Ernteaufgaben. Der Alfa Laval Bactofuge-Separator beispielsweise eignet sich hervorragend zum Entfernen mikrobieller Zellen aus hochdichten Brühen in industriellen Fermentationsanwendungen. Ein Bactofuge-Separator bietet dank kontinuierlichem Feststoffaustrag einen hervorragenden Durchsatz – auch bei hohen Zellbelastungen.
Das einzigartige hermetische Alfa Laval Design ermöglicht, dass der Bactofuge-Separator die Brühe besonders sanft beschleunigt. Das Ergebnis: eine minimale Zelllyse und eine noch effizientere Separation. Zudem reduziert das hermetische Design den Energieverbrauch um bis zu 40 %. Darüber hinaus sorgt es für eine luftfreie Umgebung im Separator und minimiert so die Schaumbildung und das Kontaminationsrisiko.
Reinigung
Vor der endgültigen Formulierung des Produkts ist häufig eine Reinigungsstufe erforderlich, um Verunreinigungen zu entfernen. Je nachdem, ob Sie Biomasse oder einen bestimmten Inhaltsstoff produzieren, unterscheidet sich die Gestaltung des Reinigungsprozesses.
Entfernen von Verunreinigungen durch Waschen
Bei der Fermentation von Biomasse erfolgt die Reinigung häufig durch Waschen des Produkts. Zunächst werden die geernteten Zellen mit Wasser versetzt. Anschließend entfernen ein oder mehrere Separatoren oder Dekanter das überschüssige Wasser und die Verunreinigungen.
Reinigen mit Membranen
Bei der Präzisionsfermentation ist das Produkt eine bestimmte Zutat in der Flüssigkeit und einige feine schwebende Verunreinigungen sind nach der Ernte noch vorhanden. Diese lassen sich mittels Mikrofiltration oder offener Ultrafiltration entfernen. Dabei wird das Zielprotein (oder andere Moleküle) im Permeat zurückgewonnen, während die schwebenden Verunreinigungen zurückgehalten werden.
Alternativ kann eine feine Ultrafiltrationsmembran zum Einsatz kommen, wenn feine lösliche Verunreinigungen vom Zielmolekül zu entfernen sind. Bei diesem Verfahren wird direkt vor der Filtration Wasser zugesetzt. Dieses Wasser passiert die Membran zusammen mit Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht wie Zucker und Salze, während das Produkt im Retentat verbleibt.
Aufkonzentration
Einer der letzten Schritte in einem auf Fermentation basierenden Proteinproduktionsverfahren besteht darin, das Produkt durch das Entziehen von überschüssigem Wasser aufzukonzentrieren. Hierfür stehen zwei Möglichkeiten zur Verfügung: Verdampfung oder Membranfiltration.
Aufkonzentration durch Verdampfung
Alfa Laval bietet zwei verschiedene Verdampfungssysteme an: AlfaVap und AlfaFlash. Beide Systeme basieren auf Plattenwärmetauscher-Technologie. Daraus ergeben sich folgende Vorteile:
- Kompakte Größe: Ein Alfa Laval Verdampfungssystem ist viel kleiner als entsprechende Rohrbündel-Verdampfungssysteme.
- Durch schonendes Erhitzen und kurze Verweilzeiten eignen die Systeme sich besonders für hitzeempfindliche Produkte, bei denen Zersetzungs- oder Verfärbungsgefahr besteht.
- Der Wartungsaufwand ist gering, und der Selbstreinigungseffekt der Plattenwärmetauscher sichert lange Laufzeiten.
- Die Betriebssicherheit ist sehr hoch.
AlfaVap ist für Flüssigkeiten mit geringen bis mittleren Ablagerungen ausgelegt und AlfaFlash für Flüssigkeiten mit starken Ablagerungen.
Aufkonzentration durch Membranfiltration
Eine andere Möglichkeit zum Aufkonzentrieren des Endprodukts besteht im Einsatz feiner Membranen, um überschüssiges Wasser zu entfernen. In diesem Fall wird das Produkt aufkonzentriert, während das Wasser durch die Membran entfernt wird.
Die Umkehrosmose- und Nanofiltrationsmembranen von Alfa Laval eignen sich perfekt für diese Anwendung. Hauptvorteile der Membranfiltration sind im Vergleich zur Verdampfung, dass das Produkt nicht erhitzt wird. Dadurch entfällt das Risiko einer Degeneration und Verfärbung, und der Energieverbrauch ist wesentlich geringer.
Komplette nachgelagerte Verarbeitungssysteme
Alfa Laval hat komplette Systemlösungen im Portfolio, bei denen die Ausrüstung für die Ernte aus dem Bioreaktor, die Reinigung und die Aufkonzentration in eine funktionierende Produktionslinie integriert und an hygienisches Fluid-Handling- und Wärmeübertragungsequipment angeschlossen ist, wie Ventile, Pumpen, Rohrleitungen und Wärmetauscher. Darüber hinaus hat Alfa Laval Automatisierungslösungen im Angebot, die eine präzise Steuerung und einfache Überwachung des gesamten Verfahrens ermöglichen.
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