Technologie de centrifugation pour fermentations à haute densité

Les procédés de fermentation à haute densité utilisés dans la production de protéines alternatives génèrent des fluides complexes présentant une forte concentration en solides et une viscosité élevée. Alfa Laval a développé la centrifugeuse PureFerm 750 N afin d’améliorer l’efficacité de séparation et la récupération du produit dans ces environnements de bioprocédés.

Défis de séparation dans la fermentation de précision
La fermentation de précision devient une méthode de production clé pour les protéines alternatives telles que la caséine utilisée dans les substituts laitiers. Dans ces procédés, des micro-organismes sont modifiés afin de produire des protéines fonctionnelles capables de reproduire la structure et la valeur nutritionnelle des protéines laitières conventionnelles.

Après la fermentation et la lyse cellulaire, le fluide obtenu contient généralement des concentrations élevées de biomasse et de protéines, ce qui génère un flux d’alimentation à forte viscosité et à haute densité de solides. Ces caractéristiques rendent les opérations de séparation plus complexes, car les centrifugeuses conventionnelles perdent souvent en efficacité lorsque la charge en solides augmente.

La centrifugeuse PureFerm 750 N a été conçue pour répondre à ces conditions de procédé. Le système est destiné aux environnements de fermentation à haute densité où une séparation efficace des solides et une récupération élevée du produit sont nécessaires avant les étapes de purification en aval.

Amélioration de l’efficacité de séparation dans la fermentation de la caséine
La centrifugeuse a été testée dans une application industrielle liée à la production de caséine par fermentation de précision dans une installation européenne de fabrication sous contrat soutenant une start-up du secteur des protéines alternatives.

La caséine produite par fermentation est utilisée dans des produits tels que les alternatives végétales au lait, les substituts de fromage, les formulations de yaourt et les aliments enrichis en protéines.

Dans cette application, le bouillon de fermentation contenait une forte concentration de solides après la rupture cellulaire. Après l’installation de la PureFerm 750 N, le producteur a obtenu une réduction par dix du passage des solides dans le produit final par rapport aux résultats obtenus en phase pilote.

Une réduction du passage des solides limite l’encrassement dans les étapes de purification en aval, telles que la filtration et le séchage. La diminution de l’encrassement peut réduire la fréquence des opérations de nettoyage et stabiliser les conditions de fonctionnement, ce qui contribue à maintenir une qualité plus constante de l’ingrédient final.

Conception hermétique de la centrifugeuse pour les bioprocédés sensibles
La centrifugeuse intègre le Hermetic Design d’Alfa Laval, conçu pour améliorer la manipulation des produits dans les environnements de bioprocédés. Le système utilise une alimentation par le bas et un chemin d’écoulement hermétiquement fermé afin de limiter les forces de cisaillement appliquées aux matériaux biologiques.

Des niveaux de cisaillement plus faibles sont particulièrement importants dans les procédés de fermentation, car les cellules sensibles ou les structures protéiques peuvent être endommagées par des contraintes mécaniques élevées. Cette conception réduit également la formation de mousse et limite l’augmentation de température pendant la séparation, ce qui peut influencer la stabilité des protéines.

En plus d’améliorer l’efficacité de séparation, la centrifugeuse a atteint un facteur de concentration élevé, permettant de traiter la phase lourde avec moins de cycles de lavage. Dans l’application étudiée, cela a permis de réduire de moitié le nombre d’étapes de lavage dans les opérations en aval, diminuant ainsi le temps de procédé et la consommation d’eau fraîche.

Capacité et performance du procédé
Lors des essais industriels, la PureFerm 750 N a atteint une capacité de traitement supérieure de 30 à 40 % par rapport aux prévisions initiales de l’équipe de développement. Une capacité de séparation plus élevée est particulièrement importante dans les installations de fermentation, où le débit global est souvent limité par les étapes de traitement en aval.

L’amélioration de la séparation des solides a également réduit les pertes de produit dans les flux secondaires, un problème fréquent dans la production de protéines par fermentation lorsque les systèmes de séparation ne récupèrent pas efficacement les protéines ciblées.

Rôle dans l’industrie émergente des protéines alternatives
Avec la croissance du secteur des protéines alternatives, les procédés de fermentation passent progressivement des environnements de laboratoire à la production industrielle. Cette transition introduit de nouveaux défis opérationnels, notamment des concentrations de biomasse plus élevées, des volumes de production plus importants et des exigences accrues en matière de rendement.

Les systèmes de centrifugation conçus spécifiquement pour les fermentations à haute densité peuvent aider les producteurs à maintenir leur efficacité à mesure que les volumes de production augmentent. En améliorant les performances de séparation et en réduisant la charge sur les opérations en aval telles que la filtration et le séchage, ces technologies contribuent à des processus de production plus stables et à une utilisation plus efficace des ressources.

Profil de l’entreprise
Alfa Laval développe des équipements industriels pour le transfert thermique, la séparation et la gestion des fluides. Les technologies de l’entreprise sont utilisées dans des secteurs tels que l’industrie alimentaire, la biotechnologie, l’énergie et le secteur maritime. Son portefeuille comprend également des centrifugeuses destinées aux procédés de fermentation, à la production de boissons et aux applications biotechnologiques dans l’industrie pharmaceutique.

www.alfalaval.com