I. सेंट्रीफ्यूजेशन, फर्मेंटेशन ब्रोथ के कंसंट्रेशन में आमतौर पर इस्तेमाल होने वाला तरीका है। सही इक्विपमेंट का चुनाव सीधे सेल रिकवरी रेट, सेल सर्वाइवल रेट और प्रोडक्शन एफिशिएंसी पर असर डालता है। ट्यूबलर, डिस्क और हॉरिजॉन्टल स्क्रू सेंट्रीफ्यूज तीन सबसे ज़्यादा इस्तेमाल होने वाले सेंट्रीफ्यूज इक्विपमेंट हैं। स्ट्रक्चर और ऑपरेटिंग प्रिंसिपल में अंतर के कारण, उनके लागू होने के तरीके काफी अलग-अलग होते हैं। यह आर्टिकल प्रैक्टिकल एक्सपीरियंस और लिटरेचर रिव्यू के आधार पर इन तीन तरह के सेंट्रीफ्यूज के प्रिंसिपल, स्ट्रक्चर और चुनने के तरीकों को शेयर करता है, जो फर्मेंटेशन ब्रोथ के कंसंट्रेशन के लिए एक रेफरेंस देता है।
II. तीनों तरह के सेंट्रीफ्यूज के काम करने का मुख्य सिद्धांत एक जैसा है: वे सभी अलग-अलग डेंसिटी (सेल और फर्मेंटेशन ब्रॉथ) वाले कंपोनेंट को तेज़ी से अलग करने के लिए ग्रेविटी के बजाय सेंट्रीफ्यूगल फोर्स का इस्तेमाल करते हैं। हालांकि, स्ट्रक्चरल डिज़ाइन में अंतर के कारण, उनकी सेपरेशन एफिशिएंसी, प्रोसेसिंग कैपेसिटी और लागू होने वाले सिनेरियो अलग-अलग होते हैं।
1. ट्यूबलर सेंट्रीफ्यूज की खासियत "हाई स्पीड और हाई सेपरेशन फैक्टर" होती है। स्ट्रक्चर के हिसाब से, एक ट्यूबलर सेंट्रीफ्यूज में मुख्य रूप से एक घूमने वाला ड्रम, फीड पाइप, ओवरफ्लो पाइप, ट्रांसमिशन सिस्टम और केसिंग होती है। घूमने वाला ड्रम एक पतली ट्यूब होती है जिसका डायमीटर छोटा (आमतौर पर 50-150 mm) और लंबाई लंबी होती है, जो लिक्विड के सेपरेशन पाथ को असरदार तरीके से बढ़ाती है और सेपरेशन इफ़ेक्ट को बेहतर बनाती है। सिद्धांत यह है कि लिक्विड को नीचे के फीड इनलेट से हाई-स्पीड घूमने वाले ट्यूबलर ड्रम में डाला जाता है। ड्रम की स्पीड 10,000-25,000 r/min तक पहुंच सकती है, जिससे बहुत ज़्यादा सेंट्रीफ्यूगल फोर्स पैदा होता है। इससे घने बैक्टीरियल सेल्स ड्रम की अंदर की दीवार पर तेज़ी से बैठ जाते हैं, जबकि साफ़ लिक्विड अंदर की दीवार के साथ ऊपर उठता है और ऊपर के ओवरफ़्लो पोर्ट से निकल जाता है, जिससे बैक्टीरियल सेल्स और साफ़ लिक्विड अलग हो जाते हैं। ट्यूबलर सेंट्रीफ्यूज का स्ट्रक्चर कॉम्पैक्ट होता है, फुटप्रिंट छोटा होता है, और अलग करने का प्रोसेस हल्का होता है, जिसका बैक्टीरियल सर्वाइवल रेट पर बहुत कम असर पड़ता है। वे कम सॉलिड कंटेंट (≤5%) और कम विस्कोसिटी वाले फ़र्मेंटेशन ब्रॉथ को कंसंट्रेट करने के लिए सही हैं, और पायलट-स्केल और छोटे पैमाने पर प्रोडक्शन में बहुत ज़्यादा एक्टिव बैक्टीरियल सेल्स को इकट्ठा करने के लिए खास तौर पर सही हैं।
2. डिस्क सेंट्रीफ्यूज बड़े पैमाने पर इंडस्ट्रियल प्रोडक्शन के लिए मेनस्ट्रीम इक्विपमेंट हैं। स्ट्रक्चर के हिसाब से, उनके मुख्य कंपोनेंट घूमने वाला ड्रम और डिस्क असेंबली हैं। ड्रम सिलिंड्रिकल होता है, जिसके अंदर दर्जनों से सैकड़ों कोनिकल डिस्क लगी होती हैं, जो उनके बीच पतले चैनल बनाती हैं। इसमें एक फीडिंग डिवाइस, एक स्लैग डिस्चार्ज मैकेनिज्म और एक ट्रांसमिशन सिस्टम भी लगा होता है। इसका प्रिंसिपल यह है कि ड्रम के अंदर लगी डिस्क की कई लेयर अलग करने वाले एरिया को बढ़ाती हैं और सेटलिंग डिस्टेंस को छोटा करती हैं। फीड लिक्विड के ड्रम में जाने के बाद, सेंट्रीफ्यूगल फोर्स के असर से, बैक्टीरिया डिस्क की सतह पर ड्रम के नीचे बैठ जाते हैं, जबकि साफ़ लिक्विड ऊपर से निकलता है, जिससे लगातार फीडिंग और लगातार डिस्चार्ज होता रहता है। ट्यूबलर सेंट्रीफ्यूज की तुलना में, डिस्क सेंट्रीफ्यूज में ज़्यादा प्रोसेसिंग कैपेसिटी, ज़्यादा ऑटोमेशन, ठीक-ठाक सेपरेशन फैक्टर (3000-10000 r/min), और हल्का शियर फोर्स होता है। वे बड़े पैमाने पर फर्मेंटेशन ब्रॉथ की लगातार सेपरेशन की ज़रूरतों को पूरा कर सकते हैं और साथ ही बैक्टीरिया के बचने की दर भी पक्की करते हैं। 2%-10% सॉलिड कंटेंट वाले फीड लिक्विड की प्रोसेसिंग के लिए सही, ये बैक्टीरियल पाउडर के इंडस्ट्रियल प्रोडक्शन के लिए पसंदीदा इक्विपमेंट हैं।
3. हॉरिजॉन्टल स्क्रू सेंट्रीफ्यूज स्क्रू फीडिंग और लगातार सेडिमेंटेशन के सिद्धांत का इस्तेमाल करते हैं। फीड लिक्विड फीड पाइप के ज़रिए हाई-स्पीड रोटेटिंग ड्रम में जाता है। सेंट्रीफ्यूगल फोर्स के तहत, बैक्टीरियल सेल्स ड्रम की अंदर की दीवार पर बैठ जाते हैं। स्क्रू फीडर, ड्रम से अलग स्पीड पर घूमता है, और जमे हुए बैक्टीरियल सेल्स को ड्रम के कोनिकल सिरे पर डिस्चार्ज पोर्ट की ओर धकेलता है, जबकि क्लियर लिक्विड ड्रम के दूसरे सिरे पर ओवरफ्लो पोर्ट से डिस्चार्ज होता है, जिससे लगातार सेपरेशन और लगातार डिस्चार्ज होता रहता है। स्ट्रक्चर के हिसाब से, एक हॉरिजॉन्टल स्क्रू सेंट्रीफ्यूज में एक ड्रम, स्क्रू फीडर, फीडिंग डिवाइस, डिफरेंशियल गियर और केसिंग होती है। ड्रम एक हॉरिजॉन्टल सिलिंड्रिकल शेप का होता है, जो एक सिरे पर सिलिंड्रिकल और दूसरे सिरे पर कोनिकल होता है। स्क्रू फीडर ड्रम के साथ एक खास स्पीड के अंतर पर काम करता है और डिस्चार्ज के लिए ज़िम्मेदार होता है। इसके फायदों में बड़ा थ्रूपुट और कई अशुद्धियों वाले हाई-सॉलिड-कंटेंट (5%-20%) फीड लिक्विड को हैंडल करने की क्षमता शामिल है। हालांकि, शियर फोर्स काफी ज़्यादा होता है, जो बैक्टीरियल सेल्स के सर्वाइवल रेट पर असर डाल सकता है। इसका इस्तेमाल ज़्यादातर फर्मेंटेशन ब्रॉथ के मोटे सेपरेशन के लिए या बड़े पैमाने पर प्रोडक्शन सिनेरियो में किया जाता है, जहां बैक्टीरियल एक्टिविटी की ज़रूरत ज़्यादा नहीं होती है।
III. तो, आप इन तीन तरह के सेंट्रीफ्यूज में से कैसे चुनते हैं? प्रोडक्शन स्केल, फ़ीड लिक्विड की खासियतों और स्पोर प्रोटेक्शन की ज़रूरतों के आधार पर चुनाव करना चाहिए, जिसमें तीनों तरह के इक्विपमेंट की खासियतों को ध्यान में रखा जाता है। छोटे लेवल की लैब या पायलट प्रोडक्शन के लिए, अगर ज़्यादा बैक्टीरियल सर्वाइवल रेट और कम सॉलिड कंटेंट वाले फ़ीड लिक्विड की प्रोसेसिंग चाहिए, तो ट्यूबलर सेंट्रीफ्यूज बेहतर होते हैं, जिन्हें बैक्टीरिया को और बचाने के लिए रेफ्रिजरेशन सिस्टम (4°C) के साथ जोड़ा जा सकता है। बड़े लेवल पर इंडस्ट्रियल प्रोडक्शन के लिए, अगर लगातार ऑपरेशन की ज़रूरत है और मीडियम सॉलिड कंटेंट वाले फ़ीड लिक्विड को प्रोसेस करना है, तो डिस्क सेंट्रीफ्यूज बेहतर होते हैं, जो एफिशिएंसी और बैक्टीरियल एक्टिविटी को बैलेंस करते हैं। अगर फ़ीड लिक्विड में बहुत सारी अशुद्धियाँ हैं और सॉलिड कंटेंट ज़्यादा है, और बैक्टीरियल सर्वाइवल रेट की ज़रूरत ज़्यादा नहीं है, तो प्रोसेसिंग कॉस्ट कम करने के लिए हॉरिजॉन्टल स्क्रू सेंट्रीफ्यूज का इस्तेमाल किया जा सकता है।