Optimalisatie van gistteelt: Hoe mechanische ontschuimers biomassa- und levende celverliezen reduceren

Gistteelt is afhankelijk van het handhaven van een omgeving waarin cellen kunnen groeien, zich kunnen voortplanten en in het kweekmedium gesuspendeerd kunnen blijven. Beluchting en roeren zijn vaak essentieel voor die omgeving, maar zij kunnen ook aanhoudend schuim veroorzaken. Wanneer schuim overmatig wordt, beperkt het probleem zich niet tot het tankoppervlak. Gistcellen en kweekvloeistof kunnen in het schuim worden opgesloten en het hoofdteeltgebied verlaten, waardoor schuimvorming een potentieel traject voor biomassaverlies wordt.

Voor gistproducenten verschilt het beheersen van dit verlies van het eenvoudig onderdrukken van schuim. Het doel is om schuim te beheren terwijl zoveel mogelijk van de gekweekte biomassa en vloeistof behouden blijft. Mechanische ontschuimers bieden een fysieke benadering door schuim te breken, de vloeistoffase te scheiden en teruggewonnen materiaal naar het teeltvat terug te voeren.

Schuim kan meer dan alleen vloeistof transporteren

Tijdens de gistteelt ontstaat schuim wanneer lucht wordt ingebracht in een biologisch actieve vloeistof die cellen en andere componenten bevat die bellen kunnen stabiliseren. Continue beluchting kan de schuimlaag bijzonder hardnekkig maken.

Zodra cellen in het schuim zijn opgenomen, dragen zij niet langer rechtstreeks bij aan de biomassaconcentratie in de hoofdteeltvloeistof. Als het schuim via de vatuitlaat ontsnapt of als afval wordt verwijderd, kan het proces zowel vloeistof als gekweekte cellen verliezen.

Dit maakt schuimbeheersing relevant voor meer dan alleen het schoonhouden van het vat.

Voor biomassagerichte fermentatie kan schuim een route voor celverlies worden. Het verminderen van dat verlies vereist een methode die het schuim kan breken terwijl de vloeistof en de gesuspendeerde biomassa een weg terug naar het teeltsysteem krijgen.

Hoe mechanische ontschuimers met schuim geassocieerde biomassa terugwinnen

Een mechanische ontschuimer werkt rechtstreeks op het schuim in en is niet primair afhankelijk van een chemisch additief.

Wanneer schuim de werkzone binnendringt, genereert de hogesnelheidsrotor een sterke schuifkracht die de bellen laat instorten. Zodra de bellen instorten, komt de vloeistof met gesuspendeerde gistcellen vrij.

Centrifugaalkracht drijft de teruggewonnen vloeistof vervolgens naar de wand van de apparatuur. De gescheiden vloeistof wordt opgevangen en teruggeleid naar het teeltvat.

Dit werkingsprincipe is belangrijk voor de gistteelt omdat het doel niet simpelweg is het schuim te laten verdwijnen. Het proces creëert een mogelijkheid om vloeistof en gesuspendeerde biomassa terug te voeren die anders met het schuim zou zijn meegevoerd.

De werkelijke terugwinningsprestatie hangt af van de kweekkarakteristieken en procesomstandigheden, maar het basisconcept is eenvoudig: breek het schuim, scheid de vloeistoffase en voer deze terug naar het teeltproces.

Beschermen van biomassa tijdens teelt met hoge beluchting

Gistteelt kan een aanzienlijk gas-vloeistofcontact vereisen. Naarmate de beluchting toeneemt, kan de schuimvorming echter moeilijker te beheersen zijn.

Het verminderen van beluchting alleen om schuim te beheersen, is niet altijd wenselijk omdat aan de zuurstoftransferbehoeften nog steeds moet worden voldaan. Evenzo kan het verlagen van het roeren de circulatie en massaoverdracht beïnvloeden.

Mechanische schuimbreking biedt een ander controlepunt.

In plaats van schuimonderdrukking volledig afhankelijk te maken van het veranderen van de teeltomstandigheden, behandelt de ontschuimer het schuim nadat het is gevormd. Hierdoor kan de beluchtings- en roerstrategie gericht blijven op de vereisten van de gistgroei, terwijl het schuim afzonderlijk wordt beheerd.

Voor processen waarbij het handhaven van de biomassaconcentratie belangrijk is, kan deze scheiding tussen teeltbeheersing en schuimbeheersing waardevol zijn.

Waarom verlies van levende cellen aandacht verdient

Niet elke cel die in schuim wordt meegevoerd, gaat noodzakelijkerwijs verloren voor het proces. Zodra schuim echter het teeltvat verlaat, zijn alle levensvatbare cellen in dat materiaal geen deel meer van de gecontroleerde kweekomgeving.

Herhaaldelijke schuimoverdracht kan daarom ongewenst worden in een biomassagerichte productie.

Een mechanische ontschuimer helpt dit aan te pakken door de vloeistof die vrijkomt bij ingeklapt schuim terug te winnen en terug te voeren naar het teeltvat. Dit creëert een meer directe route voor het vasthouden van gesuspendeerde gistbiomassa dan het simpelweg verwijderen van schuim uit het systeem.

Het is belangrijk dit niet te beschouwen als een garantie voor cellevensvatbaarheid of opbrengstverbetering. De celconditie hangt af van factoren zoals teelttemperatuur, zuurstofbeschikbaarheid, schuifkrachtomgeving, nutriëntenomstandigheden en verblijftijd. De waarde van mechanisch ontschuimen is dat het een vermijdbaar traject voor biomassa- en kweekvloeistofverlies kan verminderen.

Mechanisch ontschuimen versus chemische schuimonderdrukking

Chemische antischuimmiddelen worden vaak gebruikt bij microbiële teelt, maar zij kunnen de fysische kenmerken van het kweekmedium beïnvloeden en moeten mogelijk in rekening worden gebracht bij de downstreambewerking.

Mechanische schuimbeheersing biedt een andere benadering.

In plaats van een extra chemische stof in te brengen om bellen te onderdrukken, verbreekt de ontschuimer het schuim fysiek door rotorwerking. Waar het teeltproces dit toelaat, kan dit de hoeveelheid benodigd chemisch antischuimmiddel verminderen.

Voor gistproductie kan dit relevant zijn wanneer downstreambewerking gevoelig is voor de aanwezigheid van antischuimmiddel of wanneer de processtrategie erop gericht is onnodige additieven te beperken.

Mechanisch ontschuimen elimineert niet automatisch de behoefte aan chemische antischuimmiddelen. Sommige teeltsystemen vereisen mogelijk nog steeds een combinatie van benaderingen. De juiste balans hangt af van de schuimstabiliteit, celconcentratie, beluchting, mediumsamenstelling en bedrijfsomstandigheden.

Van gistteelt tot producten op basis van biomassa

Het belang van biomassavastlegging hangt sterk af van wat er na de teelt gebeurt.

Voor toepassingen waarbij gistbiomassa zelf het gewenste product of een belangrijke tussenstap is, hebben verliezen tijdens de teelt een directe invloed op de materiaalterugwinning. Dit kan onder meer de productie van gistbiomassa, van gist afgeleide ingrediënten en andere fermentatieprocessen omvatten waarbij gekweekte cellen vervolgens worden geoogst of verwerkt.

In deze gevallen hoort schuimbeheersing dichter bij de biomassaterugwinningsstrategie dan bij de algemene tankbediening.

Het terugwinnen van met schuim geassocieerde vloeistof voordat deze het proces verlaat, kan helpen meer van het gekweekte materiaal binnen het productiesysteem te houden. Het vermindert ook de hoeveelheid fermentatievloeistof die als afval moet worden behandeld.

Hetzelfde principe kan worden overwogen wanneer de gist wordt gebruikt als een biologisch productieplatform en de gekweekte biomassa doorgaat naar volgende verwerkingsstappen.

Het selecteren van de ontschuimer rond het teeltsysteem

De juiste BODF-configuratie hangt gedeeltelijk af van de constructie van het teeltvat.

Voor volledig gesloten gistteelttanks is de BODF-I Gesloten Mechanische Ontschuimer ontworpen voor gesloten vaten. Het combineert mechanische schuimbreking met centrifugale scheiding en vloeistofretour in een gesloten procesopstelling.

Voor open vaten of tanks biedt de BODF-II Mechanische Schuumbreker voor Open Tanks een configuratie voor open teelt- en verwerkingsapparatuur.

Beide configuraties gebruiken hetzelfde basismechanische principe, terwijl de vatopstelling bepaalt welk ontwerp geschikter is.

Capaciteit moet ook worden overwogen in samenhang met de beluchtingssnelheid, het vatvolume, de schuimvorming en de teeltomstandigheden. Het selecteren van apparatuur alleen op basis van het nominale tankvolume geeft mogelijk niet nauwkeurig de werkelijke schuimbelasting weer.

Het ontwerpen van schuimbeheersing rond biomassavastlegging

Bij gistteelt is schuim nauw verbonden met de omstandigheden die celgroei ondersteunen. Beluchting, roeren en biologische activiteit kunnen allemaal bijdragen aan de vorming ervan, dus het elimineren van de omstandigheden die schuim creëren, is mogelijk geen praktische oplossing.

Een betere benadering kan zijn om de twee vereisten te scheiden: handhaaf de teeltomgeving die nodig is voor gistgroei terwijl u gespecialiseerde apparatuur levert om overtollig schuim te verwerken.

De BODF mechanische ontschuimer volgt deze benadering door schuim mechanisch te breken en de daaruit vrijgekomen vloeistof terug te winnen. Waar gistcellen in die vloeistof zijn gesuspendeerd, kan de retourroute helpen de hoeveelheid biomassa te verminderen die met het schuim het teeltsysteem verlaat.

Voor fermentatieprocessen die gericht zijn op gistbiomassa en het vasthouden van levende cellen, maakt dit mechanische schuimbeheersing tot een nuttige overweging bij het ontwerpen van de teelt- en downstreambackup-strategie.