I. La centrifugation est une méthode courante pour la concentration des bouillons de fermentation. Le choix de l’équipement approprié influe directement sur le taux de récupération cellulaire, le taux de survie cellulaire et l’efficacité de la production. Les centrifugeuses tubulaires, à disques et à vis horizontales sont les trois types de centrifugeuses les plus utilisés. En raison de leurs différences de structure et de principe de fonctionnement, leurs applications varient considérablement. Cet article présente les principes, les structures et les méthodes de sélection de ces trois types de centrifugeuses, en s’appuyant sur l’expérience pratique et une analyse de la littérature, afin de fournir des informations utiles pour la concentration des bouillons de fermentation.
II. Le principe de fonctionnement de base des trois types de centrifugeuses est le même : elles utilisent toutes la force centrifuge, et non la gravité, pour séparer rapidement des composants de densités différentes (cellules et bouillon de fermentation). Cependant, en raison de différences de conception structurelle, leur efficacité de séparation, leur capacité de traitement et leurs applications varient.
1. Les centrifugeuses tubulaires se caractérisent par une vitesse et un facteur de séparation élevés. Structurellement, une centrifugeuse tubulaire se compose principalement d'un tambour rotatif, d'un tube d'alimentation, d'un tube de trop-plein, d'un système de transmission et d'un carter. Le tambour rotatif est un tube fin de petit diamètre (généralement de 50 à 150 mm) et de grande longueur, ce qui permet d'allonger le trajet de séparation du liquide et d'améliorer l'efficacité de la séparation. Le liquide est introduit dans le tambour tubulaire rotatif à grande vitesse par l'orifice d'alimentation inférieur. La vitesse du tambour peut atteindre 10 000 à 25 000 tr/min, générant une force centrifuge extrêmement puissante. Cela provoque le dépôt rapide des cellules bactériennes les plus denses sur la paroi interne du tambour, tandis que le liquide clair remonte le long de cette paroi et est évacué par l'orifice de trop-plein supérieur, assurant ainsi la séparation des cellules bactériennes et du liquide clair. Les centrifugeuses tubulaires présentent une structure compacte, un faible encombrement et un processus de séparation doux avec un impact minimal sur le taux de survie des bactéries. Elles conviennent à la concentration des bouillons de fermentation à faible teneur en matières solides (≤ 5 %) et à faible viscosité, et sont particulièrement adaptées à la collecte de cellules bactériennes très actives lors de productions pilotes et à petite échelle.
2. Les centrifugeuses à disques sont l'équipement dominant pour la production industrielle à grande échelle. Leurs principaux composants sont le tambour rotatif et l'ensemble de disques. Le tambour est cylindrique et contient des dizaines, voire des centaines, de disques coniques empilés entre eux, formant des canaux étroits. Il est également équipé d'un dispositif d'alimentation, d'un mécanisme d'évacuation des résidus et d'un système de transmission. Le principe repose sur le fait que les multiples couches de disques empilées à l'intérieur du tambour augmentent la surface de séparation et réduisent la distance de décantation. Après l'introduction du liquide d'alimentation dans le tambour, sous l'effet de la force centrifuge, les bactéries se déposent sur la surface du disque jusqu'au fond du tambour, tandis que le liquide clair est évacué par le haut, permettant ainsi une alimentation et une vidange continues. Comparées aux centrifugeuses tubulaires, les centrifugeuses à disque offrent une capacité de traitement supérieure, un degré d'automatisation plus élevé, un facteur de séparation modéré (3 000 à 10 000 tr/min) et une force de cisaillement douce. Elles répondent aux exigences de séparation continue des bouillons de fermentation à grande échelle tout en préservant la survie des bactéries. Adaptées au traitement de liquides d'alimentation contenant de 2 % à 10 % de matières solides, elles constituent l'équipement de choix pour la production industrielle de poudre bactérienne.
3. Les centrifugeuses à vis horizontales utilisent le principe de l'alimentation par vis et de la sédimentation continue. Le liquide d'alimentation pénètre dans le tambour rotatif à grande vitesse par le tube d'alimentation. Sous l'effet de la force centrifuge, les cellules bactériennes se déposent sur la paroi interne du tambour. La vis d'alimentation, tournant à une vitesse différente de celle du tambour, pousse les cellules bactériennes décantées vers l'orifice de décharge situé à l'extrémité conique du tambour, tandis que le liquide clair est évacué par l'orifice de trop-plein à l'autre extrémité, assurant ainsi une séparation et une évacuation continues. Structurellement, une centrifugeuse à vis horizontale se compose d'un tambour, d'une vis d'alimentation, d'un dispositif d'alimentation, d'un différentiel et d'un carter. Le tambour est de forme cylindrique horizontale, cylindrique à une extrémité et conique à l'autre. La vis d'alimentation, fonctionnant à une vitesse différente de celle du tambour, assure l'évacuation. Ses avantages incluent un débit élevé et la capacité de traiter des liquides d'alimentation à forte teneur en matières solides (5 à 20 %) et contenant de nombreuses impuretés. Cependant, la force de cisaillement relativement importante peut affecter le taux de survie des cellules bactériennes. Elle est principalement utilisée pour la séparation grossière des bouillons de fermentation ou dans des contextes de production à grande échelle où les exigences en matière d'activité bactérienne ne sont pas élevées.
III. Comment choisir entre ces trois types de centrifugeuses ? Le choix de l'équipement doit se fonder sur l'échelle de production, les caractéristiques du liquide d'alimentation et les exigences de protection des spores, en tenant compte des caractéristiques des trois types d'équipements. Pour une production pilote ou en laboratoire à petite échelle, si un taux de survie bactérienne élevé et le traitement d'un liquide d'alimentation à faible teneur en matières solides sont souhaités, les centrifugeuses tubulaires sont préférables. Elles peuvent être associées à un système de réfrigération (4 °C) pour une protection bactérienne accrue. Pour une production industrielle à grande échelle, si un fonctionnement continu est requis et que le liquide d'alimentation doit être traité avec une teneur moyenne en matières solides, les centrifugeuses à disques sont préférables, offrant un bon compromis entre efficacité et activité bactérienne. Si le liquide d'alimentation contient de nombreuses impuretés et présente une teneur élevée en matières solides, et que le taux de survie bactérienne requis n'est pas élevé, les centrifugeuses à vis horizontales peuvent être utilisées pour réduire les coûts de traitement.
