CH650020A5

CH650020A5 - Apparat zur dampfsterilisation von fermentationsobjekten.

Info

Publication number: CH650020A5
Application number: CH1916/80A
Authority: CH
Inventors: Jury Vasilievich Redikultsev; Leonid Andreevich Litvinenko; Svetlana Borisovna Petrikevich; Taisia Sergeevna Chermenskaya; David Savelievich Vershkov; Boris Fedorovich Nesterov; Irina Viktorovn Bogoroditskaya
Original assignee: Inst Biokhim I Fiziol Mikroorg
Priority date: 1979-07-03
Filing date: 1980-03-11
Publication date: 1985-06-28
Also published as: SE437330B; US4324762A; JPS5611790A; SE8002863L; JPS6027B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Mikrobiologie, insbesondere auf Apparate zur Dampfsterilisation von Fermentationsobjekten. Der erfindungsgemässe Apparat kann in der mikrobiologischen, Nahrungsmittel- und medizinischen Industrie sowie in der Forschungspraxis verwendet werden.

Bekannt ist ein Apparat zur Dampfsterilisation von Fermentationsobjekten, der eine luftdichte Kammer - einen bestimmten Sterilisationsbehälter zur Unterbringung der Untersuchungslösung - sowie - in diesem angeordnet - ein Heizgerät und eine Einrichtung zum Umrühren dieser Lösung enthält. Der Sterilisationsbehälter ist ferner mit einem an dessen Oberfläche befestigten Wärmeaustauscher, der zur Stabilisierung der gewählten Temperatur der Untersuchungslösung bestimmt ist, sowie mit einem Eintritts- und einem Austrittsstutzen zum Ein- und Auslass der Untersuchungslösung versehen.

Die Wirkungsweise des bekannten Apparates beruht auf der Erwärmung der in einer luftdichten Kammer befindlichen Lösung dank Wärmeausstrahlung von einem Heizgerät, das seinerseits Energie von einer äusseren Dampfquelle erhält, sowie auf der Bildung von Dampf, der von der Untersuchungslösung bei der Erwärmung entwickelt wird und einen Druck in der Kammer erzeugt, der höher als der atmosphärische Druck ist. Das Aufrechterhalten der vorgeschriebenen Temperatur im Inneren der luftdichten Kammer wird mittels eines Wärme- und Kälteträgers erzielt, der durch den Wärmeaustauscher strömt. Die Sterilisation des Innenraums der luftdichten Kammer erfolgt gleichzeitig mit der Sterilisation der in ihr befindlichen Lösung, und diese Kammer wird im weiteren bei der Züchtung von Mikroorganismen als Fermentator verwendet.

Der bekannte Apparat zur Dampfsterilisation von Fermentationsobjekten besitzt einen beschränkten Anwendungsbereich, da zur Sicherung seiner Arbeit eine äussere Dampfquelle erforderlich ist. Ausserdem findet bei der Sterilisation eines flüssigen Mediums eine Veränderung der Konzentration desselben durch Kondensierung des Dampfes in die Lösung statt, die eine niedrigere Temperatur besitzt.

Bei der praktischen Züchtung von Mikroorganismen muss man des öfteren komplizierte Nährmedien zusammenstellen, die verschiedene Komponenten einschliessen, welche dazu fähig sind, bei Temperaturanstieg unlösbare Niederschläge zu bilden. Diese Medien werden in der Regel komponenter-weise sterilisiert, um die Konzentration des Ausgangsmediums nicht zu verändern. Der bekannte Apparat sieht eine solche getrennte Sterilisation von Lösungen nicht vor, aus dem Grunde, dass der Sterilisationsbehälter ein einheitliches Volumen besitzt und ein jedes zur Sterilisation neu eingeführtes Medium der Wärmebehandlung zusammen mit einem bereits sterilisierten Medium unterzogen wird, in dem eine komplizierte Lösung entsteht, die zur Bildung eines Niederschlags fähig ist.

Wenn aber dem Medium thermolabile Komponenten, beispielsweise Glukose, beigeführt werden, deren Sterilisation niedrigere Temperaturen voraussetzt, führt dies zur Karame-lisierung derselben, was die Konzentration des Ausgangsmediums ebenfalls stört.

Der bekannte Apparat gewährleistet nicht einen kontinuierlichen Züchtungsprozess der Mikroorganismen, wenn kontinuierliche Zuführung sterilen Mediums zum Fermentator erforderlich ist, da bei der Fermentation der Sterilisationsbehälter die Funktion eines Fermentators erfüllt und als Sterilisator nicht arbeiten kann. Der bekannte Apparat sieht die Sterilisation von Fermentationsobjekten, beispielsweise von Pumpen zum Befördern von Kultursuspensionen, Dosierern flüssiger Medien, verschiedenen Gebern und Rohrleitungen vor, die zur Konstruktion des eigentlichen Apparates gehören, er kann aber als Sterilisator von anderen Fermenta-toren und Ausrüstungen zur Durchführung von Fermentationsprozessen nicht verwendet werden. Dies schränkt seinen Anwendungsbereich gleichfalls ein.

Der Erfindung ist die Aufgabe zugrunde gelegt, einen Apparat zur Dampfsterilisation von Fermentationsobjekten zu entwickeln, dessen Konstruktion es ermöglicht, verschiedene Fermentationsapparaturen (Fermentator und Kommunikationsleitungen mit Stellelementen), Gas und Nährmedien bei den Prozessen sowohl periodischer wie auch kontinuierlicher Kultivierung von Mikroorganismen mit Dampf zu sterilisieren.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Apparat zur Dampfsterilisation von Fermentationsobjekten, der einen Sterilisationsbehälter, der mit einem Heizgerät, einem Wärmeaustauscher, einem Eintritts- und einem Austrittsstutzen ausgestattet ist, enthält erfindungsgemäss einen Pufferbehälter, der mittels mit Ventilen versehenen Rohrleitungen mit dem Sterilisationsbehälter in Verbindung steht, ein zusätzliches Heizgerät am Pufferbehälter und mindestens zwei am Heizgerät des Sterilisationsbehälters angebrachte Gasfilter besitzt, die über einen Dampfzuführungsregler in Reihe geschaltet sind und von denen das eine an den Pufferbehälter und das andere aber an den Austrittsstutzen zur Verbindung mit dem Fermentator angeschlossen ist.

Zweckmässigerweise ist im Pufferbehälter ein Geber des oberen und unteren Standes des sterilen Mediums angeordnet.

Es empfiehlt sich, den Pufferbehälter mit einem Dosierer auszustatten.

Der gemäss der vorliegenden Erfindung ausgeführte Apparat zur Dampfsterilisation von Fermentationsobjekten bedarf keiner zentralisierten Dampfversorgung (da er eigene Heizgeräte besitzt) und gestattet, verschiedene Fermentationsapparaturen, flüssige Medien und Gas zu sterilisieren. Er kann mit einem Fermentator bei der Durchführung von periodischen und kontinuierlichen Prozessen der Mikroorganismenzüchtung verwendet werden; er gewährleistet bei einem kontinuierlichen Fermentationsprozess komponentenweise Sterilisierung von Lösungen sowie periodische Sterilisierung von Gasfiltern; er sichert die Sterilisierung von ther-molabilen Medien.

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Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines konkreten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert; in den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 - schematische Darstellung des Apparates zur Dampfsterilisation von Fermentationsobjekten, im Längsschnitt;

Fig. 2 - Abschnitt A von Fig. 1, vergrössert.

Die in Fig. 1 dargestellte Gesamtansicht des Apparates zur Dampfsterilisation von Fermentationsobjekten enthält einen Sterilisationsbehälter 1, der zur Unterbringung eines flüssigen Ausgangsmediums in demselben bestimmt ist. Im unteren Teil des Sterilisationsbehälters 1 ist ein Heizgerät 2 angeordnet sowie ein Stutzen 3 mit einem Ventil 4 vorgesehen, der zum Einführen des flüssigen Ausgangsmediums in den Sterilisationsbehälter 1 bestimmt ist.

Im Inneren des Sterilisationsbehälters 1 ist ein Dampf- und Flüssigkeitsinjektor vorhanden, der einem aus Diffusor 5 zur Konzentrierung des Dampfes und einem Luftheberrohr 6 zur Gewährleistung des Umpumpens des zu sterilisierenden Objektes unter Dampfwirkung besteht.

Im oberen Teil des Sterilisationsbehälters 1 ist ein Wärmeaustauscher hermetisch befestigt, der insbesondere einen Kondensator 7 darstellt; der Kondensator gewährleistet die Stabilisierung der gewählten Sterilisationsbedingungen des zu untersuchenden Mediums. Der Kondensator 7 besitzt einen Eintrittsstutzen 8 mit einem Regler 9 zur Verbrauchsregelung des Kältemittels, der über eine Rohrleitung 10 mit dem Sterilisationsbehälter 1 in Verbindung steht, sowie einen Stutzen 11 zum Abfluss des Kältemittels aus dem Kondensator 7. Am Kondensator 7 ist ein Pufferbehälter 12 angebracht, in dessen unterem Teil ein selbständiges Heizgerät 13 angeordnet ist, während der obere Teil von einem Deckel 14 zugedeckt und mittels einer Rohrleitung 15, die ein Ventil 16 besitzt, mit dem oberen Teil des Sterilisationsbehälters 1 zum Umströmen des Dampfes während der Sterilisation des Fer-mentators in Verbindung gesetzt ist.

Der untere Teil des Pufferbehälters 12 steht mit dem unteren Teil des Sterilisationsbehälters 1 über eine Rohrleitung 17 in Verbindung, die ein Ventil 18 zum Überströmen des sterilen Mediums aus dem Sterilisationsbehälter 1 in den Pufferbehälter 12 besitzt. Ausserdem ist im unteren Teil des Pufferbehälters 12 ein Dosierer 19 mit einem Stutzen 20 zum Anschluss an den in der Zeichnung nicht gezeigten Fermentator und Gewährleisten einer dosierten Zuführung des sterilen Mediums zu demselben angeordnet.

Am Heizgerät 2, Sterilisationsbehälter 1 sind Gasfilter 21, 22 angebracht, die über einen Dampfverbrauchsregler 23 in Reihe geschaltet sind. Ausserdem ist das Gasfilter 21 mittels einer Rohrleitung 24 mit dem oberen Teil des Pufferbehälters 12 verbunden und mit einer Rohrleitung 25 mit einem Ventil 26 zur Gaszuführung zum Aufladen des Pufferbehälters 12 versehen, während das Gasfilter 22 mit einer Rohrleitung 27 mit einem Ventil 28 zum Anschluss an die Druckluftleitung und einen Stutzen 29 zur Luftableitung durch das Filter 22 in den Fermentator zwecks Belüftung versehen ist.

Der Sterilisationsbehälter 1 ist ferner mit einem Geber 30 des Standes des eingeführten Ausgangsmediums versehen, und der Pufferbehälter 12 ist mit einem Geber 31 des unteren und einem Geber 32 des oberen Standes des sterilen Mediums versehen. Als Geber 30,31,32 für den Mediumstand können beispielsweise Schutzgaskontakte mit einem im Schwimmer einmontierten Magneten verwendet sein, wobei der Schwimmer den Stand des eingeführten Ausgangsmediums anzeigt. Als Dosierer 19 des sterilen Mediums kann ein in Fig. 2 schematisch dargestellter Dosierer verwendet werden. Der Dosierer des sterilen Mediums enthält ein Gehäuse 33,

das in zwei Hohlräume I, II mittels einer elastischen Membran 34 geteilt ist. Der Hohlraum I ist mit einem normal offenen Druckluftventil 35 und einem normal geschlossenen Druckluftventil 36 versehen, wobei das Druckluftventil einen Stutzen 37 zum Anschluss an den Pufferbehälter 12, das Druckluftventil 36 aber einen Stutzen 20 zum Anschluss an den Fermentator besitzt. Der Hohlraum II des Dosierers ist parallel mit den Druckluftventilen 35 und 36 an die Druckluftleitung angeschlossen, die die Arbeit des Dosierers gewährleistet.

Zur Durchführung der Sterilisation von Fermentationsobjekten, beispielsweise einer Apparaturenanlage, und der nachfolgenden Sterilisation von Nährmedien und Gas, die dem Fermentator bei den Prozessen der periodischen oder kontinuierlichen Kultivierung von Mikroorganismen zugeführt werden, wird das Gasfilter 22 (Fig. 1) mittels eines Stutzens 29 mit der Leitung verbunden, die das Gas dem Fermentator zur Belüftung des zu untersuchenden Objektes (Kulturmedium) zuführt. Der Stutzen 20 des Sterilmediumdosierers 19 wird mit der Leitung verbunden, die das Nährmedium dem Fermentator zuführt, und am (durch einen Pfeil angedeuteten) Sollwerteinsteller des Dampfverbrauchsreglers 23 wird im Hohlraum II des Dosierers 19 ein Druck der arbeitenden Druckluft eingestellt, der gemäss dem Dampfdruck im Wärmebehandlungszustand gewählt ist.

Durch geöffnetes Ventil 4 wird der Sterilisationsbehälter 1 mit destilliertem Wasser bis zum eingestellten Stand des Gebers 30 gefüllt, auf dessen Ansprechsignal das Ventil 4 geschlossen, das Ventil 16 geöffnet und Heizgeräte 13 und 2 in Tätigkeit gesetzt werden.

Bei Erwärmung steigen im Sterilisationsbehälter 1 und Pufferbehälter 12 Druck und Dampftemperatur an, und bei Erreichen eines am Sollwertgeber eingestellten Druckwertes wird der Dampfdruckregler langsam geöffnet, so dass der Dampf, indem er im Pufferbehälter 12 zusätzlich erwärmt wird, über das Filter 21, den Dampfverbrauchsregler 23 und das Filter 22 in den Fermentator einströmt. Der Dampfdruck im Pufferbehälter 12 wirkt ferner auf das Ventil 36 des Dosierers 19 ein, der dem Dampf das Durchströmen über die Nähr-mediumzuführungsleitung zum Fermentator ermöglicht.

Nach Ablauf der zur Wärmebehandlung der Apparaturen vorgesehenen Zeit werden die Heizgeräte 2 und 13 abgeschaltet, das Ventil 4 wird geöffnet, und es erfolgt die Druckabnahme im Sterilisationsbehälter bis auf den atmosphärischen Druck herunter, wonach die Ventile 4 und 16 geschlossen werden. Das System beginnt, abgekühlt zu werden. Bei der Abkühlung des Systems fällt der Druck im Innern des Sterilisationsbehälters 1, des Pufferbehälters 12 und des Fermentators ab, die Ventile 26 und 28 werden geöffnet, und Gas (Luft) gelangt über die Filter 21 und 22 und über die Rohrleitung 24 in den Pufferbehälter 12 und durch den Stutzen 29 in den Fermentator. Der Sterilisationsbehälter 1 bleibt während der Systemabkühlung hermetisch dicht.

Bei periodischem Kultivierungsbetrieb der Mikroorganismen wird das Nährmedium (bzw. Lösungen von Komponenten, aus denen sich dieses Medium zusammensetzt) in den Sterilisationsbehälter 1 durch das Ventil 4 bis zum eingestellten Stand des Gebers 30 eingeführt, auf dessen Ansprechsignal das Ventil 4 geschlossen und das Heizgerät 2 eingeschaltet wird.

Am Sollwertgeber (in Fig. 1 nicht abgebildet) des Kältemittelverbrauchsreglers 9 wird der Druckluftdruck eingestellt, der dem Dampfdruck im gewählten Wärmebehandlungszustand gleich ist.

Bei der Erwärmung des Sterilisationsbehälters 1 steigen in diesem Dampfdruck und -temperatur an, und bei Erreichen des am Sollwertgeber des Kältemittelverbrauchsreglers 9 ein5

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gestellten Druckwertes fängt der Dampf an, in den Kondensator 7 einzuströmen, wobei ein Temperaturgefälle zwischen dem Heizgerät 2 und der Oberfläche des Kondensators 7 entsteht. Hierbei tritt der Luftheberinjektor in Aktion und leitet das Umrühren des zu sterilisierenden Mediums ein. Temperatur und Druck werden im Sterilisationsbehälter 1 auf Kosten des verbrauchten Kältemittels aufrechterhalten, das in den Kondensator 7 eintritt. Nach Ablauf der vorgesehenen Sterilisationszeit wird das Heizgerät 2 abgeschaltet, und das Ventil 18 wird geöffnet, durch welches das sterilisierte Medium unter Überdruckeinwirkung aus dem Sterilisationsbehälter 1 in den Pufferbehälter 12 gelangt. Danach wird das Ventil 18 geschlossen, und der Sterilisationsbehälter 1 beginnt, abgekühlt zu werden. Danach wird durch den Stutzen 3 und das Ventil 4 eine nächste Mediumportion zur Sterilisierung eingeführt, und der Zyklus wiederholt sich. Die Ableitung des sterilen Mediums aus dem Pufferbehälter 12 in den Fermentator geschieht mittels des Dosierers 19. Durch den Stutzen 37 (Fig. 2) gelangt das sterilisierte Medium in den Hohlraum I des Dosierers und füllt denselben. Danach wird Druckluftdruck P aus der Leitung dem Hohlraum II und den Ventilen 35 und 36 zugeführt. Das Ventil 35 wird geschlossen, das Ventil 36 aber wird geöffnet, wobei die Sterilmediumdose von der Membran 34 aus dem Hohlraum I ausgestossen wird und durch das Ventil 36 und den Stutzen 20 in den Fermentator gelangt.

Bei kontinuierlichem Kultivierungsbetrieb der Mikroorganismen ist bei komponentenweiser dosierter Zuführung des sterilen Mediums zum Fermentator der Einsatz von mehreren, je nach der Zahl der das Medium ausmachenden Komponenten, Apparaten zur Dampfsterilisation von Fermentationsobjekten vorgesehen, deren Arbeit sich nur dadurch aus-s zeichnet, dass das sterile Medium aus dem Sterilisationsbehälter 1 (Fig. 1) durch das Ventil 18 periodisch in den Pufferbehälter 12 gelangt, wobei es diesen bis zum Einstellen des Gebers 32 füllt, auf dessen Ansprechsignal das Ventil 18 geschlossen und das Heizgerät 2 abgeschaltet wird. Der io Apparat kehrt hierbei in seinen Ausgangszustand zurück.

Bei Standabfall des sterilen Mediums im Pufferbehälter 12 vor dem Einstellen des Gebers 31 findet fälliges Einführen des Mediums in den Sterilisationsbehälter 1 statt, und der Zyklus wiederholt sich bis zum Füllen des Pufferbehälters 12 15 mit sterilem Medium. Hiernach kehrt der Apparat erneut in seinen Ausgangszustand zurück. Aus dem dargelegten ist ersichtlich, dass der Apparat zur Dampfsterilisation von Fermentationsobjekten die Sterilisierung des gesamten Systems zur Kultivierung der Mikroorganismen, die Aufrechterhal-20 tung der Ausgangskonzentration des zu sterilisierenden Mediums, die Sterilisierung von zu mikrobiologischen, medizinischen und Nahrungsmittel betreffenden Zielen bestimmten Lösungen sowohl bei periodischem wie auch bei kontinuierlichem Züchtungsbetrieb von Mikroorganismen, 25 die Sterilisierung von Gasfiltern 21,22 mit direktem Dampf sowie periodische Sterilisierung durch Trockenhitze bei der Wärmebehandlung von flüssigen Medien dank Anordnung der Filter 21,22 am Heizgerät 2 gewährleistet.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

650 020 PATENTANSPRÜCHE

1. Apparat zur Dampfsterilisation von Fermentationsobjekten, der einen Sterilisationsbehälter (1) enthält, der mit einem Heizgerät (2), einem Wärmeaustauscher, einem Eintritts- und einem Austrittsstutzen (3) ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Pufferbehälter (12), der über mit Ventilen (16,18) versehene Rohrleitungen (15,17) mit dem Sterilisationsbehälter (1) in Verbindung gesetzt ist, ein zusätzliches Heizgerät (13) am Pufferbehälter (12) und mindestens zwei am Heizgerät (2) des Sterilisationsbehälters (1) angebrachte Gasfilter (21,22) besitzt, die über einen Dampfverbrauchsregler (23) in Reihe geschaltet sind und von denen das eine an den Pufferbehälter (12) und das andere an den Ausgangsstutzen (29) zur Verbindung mit dem Fermentator angeschlossen ist.

2. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pufferbehälter (12) mit einem Geber (31,32) des unteren und oberen Standes des sterilen Mediums versehen ist.

3. Apparat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pufferbehälter (12) einen Dosierer (19) besitzt.