CH674410A5

CH674410A5 -

Info

Publication number: CH674410A5
Application number: CH143086A
Authority: CH
Inventors: Peter Nussbaumer; Georges Scholl; Peter Stohler; Ernst Karl Dr Weibel
Original assignee: Rosenmund Ag
Priority date: 1987-05-25
Filing date: 1986-04-11
Publication date: 1990-05-31
Also published as: WO1988009470A1

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum schnellen Einfrieren von Lösungen und Suspensionen, gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Bevorzugte Anwendungsgebiete liegen insbesondere in der Biotechnologie, in der Nahrungsmittelindustrie und in der chemischpharmazeutischen Industrie.

Bisher wurden solche Produkte üblicherweise mit Hilfe von Gefrierwalzen eingefroren. Bei dieser Art des Einfrierens liegt das gefrorene Produkt in Form von schuppenähnlichen Teilchen vor. Nachteilig ist dabei, dass infolge der Schuppenform das Schüttvolumen verhältnismässig gross ist und zudem häufig ein Verkleben der Teilchen miteinander auftreten kann.

Eine andere übliche Methode sind die sogenannten Platten-Gefrierer, bei denen das zu gefrierende Produkt zu Platten gefroren wird. Diese Platten sind aber häufig ungeeignet zur Weiterverarbeitung.

Beide Gefriermethoden haben noch den gemeinsamen Nachteil, dass die Kälte in der Nähe des Verarbeitungsortes mittels Kompressoren erzeugt werden muss.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das schnelle Einfrieren von Lösungen und Suspensionen zu ermöglichen, ohne dass die Nachteile der bekannten Methoden auftreten.

Erfindungsgemäss wird dies durch ein Verfahren gemäss Patentanspruch 1 erreicht. Eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist in Patentanspruch 4 definiert.

Einzelheiten sowie Vorteile der Erfindung sind im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Fermentationsanlage mit nachgeschalteter Gefriereinrichtung, und
Fig. 2 einen Querschnitt durch das Verteilsystem und den Produkteintrag in das verflüssigte Gas nach Figur 1.

Die schematische Darstellung der Anlage in Figur 1 ist so gewählt, dass sie gleichzeitig ein Flussdiagramm der Ernte von intrazellulären oder extrazellulären Produkten einer Fermentation enthält. Im Anschluss an eine Fermentation oder Zellkultur 1 kann die Gärbrühe direkt eingefroren werden (A) oder eine Trennung in einer Zentrifuge 2 folgen, nach der das Zentrifugat (B) oder Sediment (C) eingefroren wird. Das Zentrifugat kann vorgängig konzentriert und als Konzentrat (D) eingefroren werden.

Die Gefriereinrichtung besteht im wesentlichen aus einem Flüssiggasbad, in welches das zu gefrierende Produkt tropfen- bzw. partikelförmig hineinfällt, so dass das Produkt 5 sofort durchgefriert. Das Flüssiggasbad wird durch eine Wanne 9 gebildet, die mit einem verflüssigten Gas 7 gefüllt ist. Als verflüssigtes Gas eignet sich in erster Linie flüssiger Stickstoff, flüssige Luft, flüssige Edelgase etc.

Innerhalb der Wanne 9 befindet sich ein Siebkorb 10, dessen Maschengrösse kleiner ist als der Durchmesser der gebildeten Partikel 5. Der Siebkorb 10 wird periodisch aus dem Bad herausgehoben und in bereitstehende Lagerbehälter 11 entleert.

An der Wanne 9 ist eine Zuleitung 13 für das Flüssiggas vorgesehen, die mit einer Niveauregelung 12 verbunden ist.

Über dem Flüssiggasbad 7 befindet sich eine Produkteintragseinrichtung 4, die über eine Zuführungsleitung 3 mit dem vorhergehenden Prozesschritt, z.B. der Zentrifuge 2, verbunden ist. Die Produkteintragung kann über ein waagrecht angeordnetes, an beiden Enden verschlossenes Rohr 4 erfolgen, das an seiner Unterseite in gleichmässigen Abständen voneinander Eintragsdüsen 8 aufweist. Die Grösse der Eintragsdüsen kann verstellbar sein, um eine variable Produkttropfengrösse zu erzielen.

Die Produkteintragseinrichtung 4 besitzt eine beheizte Doppelwand 15, damit sie auf einer Temperatur gehalten werden kann, bei der die Eintragsdüsen 8 nicht zufrieren.

Das Flüssiggasbad 7, die darüber angeordnete Produkteintragseinrichtung 4 und die darunter befindlichen Lagerbehälter 11 sind von einem geschlossenen Gehäuse 14 umgeben, in dessen Innerem eine Gasatmosphäre des Gefriermittels herrscht.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel besitzt die Wanne 9 ein Fassungsvermögen von etwa 301 flüssigem Stickstoff. Die Düsenöffnungen 8 haben einen Durchmesser zwischen 0,1 und 3 mm. Die Beheizung der Doppelwand 15 erfolgt auf ca. 20-50 Grad C.

Im Betrieb wird das Gefriergut durch die Zuführungsleitung in das Verteilsystem gepumpt und von dort durch die Eintragsdüsen 8 gepresst, durch die es in Form von Partikeln 5 austritt. Die Produktteile 5 fallen auf die Oberfläche des flüssigen Stickstoffs, verbleiben dort bis sie völlig durchgefroren sind und sinken dann ab. Sie werden in einem Siebkorb 10 gesammelt. In geeigneten Intervallen wird der Siebkorb 10 herausgehoben und in die Lagerbehälter 11 entleert.

Während des Entleerens wird die Zufuhr des Gefriergutes gestoppt. Das Entleeren und Stoppen des Gefriergutes werden in an sich bekannter Weise automatisch vorgenommen. Das Niveau des flüssigen Stickstoffs wird mit der Niveauregelung 12 ebenfalls automatisch geregelt, so dass ein kontinuierlicher Betrieb gewährleistet ist.

Das Verfahren und die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung eignen sich zum Gefrieren aller Lösungen und Suspensionen, bei denen es auf einen schnellen und schonenden Gefriervorgang und auf die leichte Handhabung und Weiterverarbeitung des gefrorenen Gutes ankommt. Demzufolge eignet sich die Erfindung zum Gefrieren von Biomasse aus einer (kontinuierlichen) Zentrifugation von Fermentationen und Zellkulturen (Bakterien, Hefen, Tierzellen, Pflanzenzellen), Überständen aus Zentrifugationen oder Filtrationen, Blutserum, Hämoglobin, Enzymen und Enzymkonzentraten, Aromakonzentraten, konzentrierten oder verdünnten Fruchtsäften, chemischen Reaktionsprodukten und dergleichen mehr. Dabei ist es für die Herstellung von Proteinen durch rekombinante Technologie wichtig, durch sauerstofffreie Prozesse die Bildung von Proteinsulfoxid zu verhindern.

Die vorliegende Gefriereinrichtung eignet sich im weiteren zum Ausdämpfen, d.h. zum Abtöten von gefährlichen oder unerwünschten Organismen, sowie von rDNA-Organismen.

Das Verfahren bietet darüberhinaus Vorteile bei der Lyophylisation von Produkten, indem die Produktoberfläche wesentlich vergrössert ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum schnellen Einfrieren von Lösungen und Suspensionen, wobei das einzufrierende Produkt aus einem Verteilsystem in ein verflüssigtes Gas eingetragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass Produktpartikel (5) vom Verteilsystem (4) abgelöst werden und zunächst auf der Oberfläche des Flüssiggasbades verweilen, bis sie völlig durchgefroren sind und in das Flüssiggasbad (7) absinken.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gefrorenen Gut in einem Siebkorb (10) innerhalb des Flüssiggasbades gesammelt wird und eine periodische oder kontinuierliche Entleerung des Siebkorbes vorgenommen wird, während der die Zuleitung gestoppt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das verflüssigte Gas Luft, Edelgas oder Stickstoff ist.
4. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren nach den vorangehenden Ansprüchen, gekennzeichnet durch eine Gefrierwanne (9) mit einem verflüssigten Gas (7) und einer über der Gefrierwanne angeordneten Produkteintragseinrichtung, bestehend aus einem Verteilsystem (4) mit Eintragsdüsen (8).
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilsystem (4) eine Heizeinrichtung (15) in Form einer doppelwandigen Ausbildung zur gleichmässigen Beheizung mit einem Fluid aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilsystem (4) aus einem doppelwandigen Rohr (15) besteht, das mit einer Warmluftzuleitung versehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppelwand-Heizvorrichtung (15) zur Beheizung auf 20 bis 50 Grad Celsius ausgelegt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilsystem (4) zur wahlweisen Einstellung der Partikelgrösse ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Eintragsdüsen (8) verstellbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Niveau des verflüssigten Gases automatisch regelbar ist.