CH677116A5

CH677116A5 -

Info

Publication number: CH677116A5
Application number: CH13989A
Authority: CH
Inventors: Maris Arnoldovich Rikmanis; Uldis Ernestovich Viestur; Juris Yanovich Vanags; Ausma Karlovna Saxe; Maina Mikhailovna Skvortsova; Anatoly Makarovich Kuznetsov
Original assignee: Inst Mikrobiologii Imeni A Kir
Priority date: 1989-01-25
Filing date: 1989-01-17
Publication date: 1991-04-15
Also published as: DE3902162A1

Description

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Biotechnologie von Organismen und betrifft einen Apparat zur Kultivierung von Mikroorganismen.

Die Erfindung kann in der mikrobiologischen Industrie für die Herstellung von Eiweiss-Vitamin-Kon-zentraten, bakteriologischen Präparaten, Aminosäuren und medizinischen Präparaten eingesetzt werden.

Zur Kultivierung von Mikroorganismen werden Fermentationsanlagen mit Mischvorrichtungen umfassend eingesetzt.

Bekannt ist eine Fermentationsanlage der Firma «Rudisleben», DDR (U.E. Viestur und andere, «Fermentationssysteme», Riga, Zinatne, 1986, S. 110-112), die ein zylindrisches Gehäuse mit einer darin angeordneten Mischvorrichtung einschliesst. Die Mischvorrichtung enthält einen dreietagigen Turbomischer; rings um jeden Mischer enstehen im Prozess der Arbeit lokale intensive Zonen. Dadurch ruft eine erhöhte Intensität des Vermischens bei der Kultivierung von Mikroorganismen, die gegenüber den mechanischen Einwirkungen des Mediums empfindlich sind, eine irreversible mechanische Beschädigung von Zellen hervor, was die Effektivität der Kultivierung der Mikroorganismen herabsetzt.

Bekannt ist ein Apparat zur Kultivierung von Mikroorganismen (US-A 4 256 839), der ein vertikales zylindrisches Gehäuse, eine Mischvorrichtung, die in Form eines Paares von Schaufelmischern ausgeführt ist, die koaxial zum Gehäuse aufgestellt sind, vorsieht, der Apparat schliesst ausserdem einen Belüfter, Führungswände für die Strömrichtung des zu vermischenden Mediums und Beseitigung der Trom-benbildung und Ansatzstutzen für die Einführung des Nährmediums und Impfstoffes und für die Ableitung des Fertigproduktes.

Die Funktionsweise des bekannten Apparates berührt darauf, dass der untere Mischer einen Zirku-lationsstrom bildet, und der obere Mischer fördert die Hemmung der zusammenwirkenden Phasen im Hauptteil des Apparates.

Der Nachteil des Apparates besteht darin, dass bei der Erreichung einer intensiven Zirkulation des zu vermischenden Mediums mechanische Beschädigung von Mikroorganismen entsteht, weil der untere Mischer im bekannten Apparat als Turbomischer ausgeführt ist und rings um diesen eine lokale intensive Zone ensteht. Infolge des Obendargelegten verringert sich die Leistung der Kultivierung von Mikroorganismen.

Der Erfindung liegt Aufgabe zugrunde, einen Apparat für die Kultivierung von Mikroorganismen zu entwickeln, bei dem die Konstruktion dessen Schaufelmischer eine intensive Vermischungsführung gewährleistet, die mechanische Beschädigung von Mikroorganismen verhindert.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass im Apparat zur Kultivierung von Mikroorganismen, der ein vertikales zylindrisches Gehäuse, einen Eintrittsstutzen für die Einführung von Nährmedium und Impfstoff, der im oberen Teil des Gehäuses angebracht ist, einen Austrittsstutzen für die Abteilung des Fertigproduktes und einen Belüfter vorsieht, die im unteren Teil des Gehäuses angeordent sind, eine Mischvorrichtung, die im Gehäuse koaxial mit der Möglichkeit der Drehung aufgestellt ist, und mindestens ein Paar von Schaufelmischern aufweist, erfindungsgemäss, die Schaufeln jedes Mischers im der Mischvorrichtung mit einem Neigungswinkel von 5° bis 30° zur horizontalen Fläche ausgeführt sind, wobei die Neigungsrichtung der Schaufeln des oberen Mischers im Paar der Neigungsrichtung der Schaufeln des unteren Mischers zwecks Gewährleistung der Gegenrichtung der Ströme des zu kultivierenden Mediums entgegengesetzt ist.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Beispielen ihrer konkreten Ausführung mit Bezugnahme auf beigefügte Zeichnung erläutert, in denen es zeigen:

Fig. 1 Apparat zur Kultivierung von Mikroorganismen, Gesamtansicht im Schnitt, erfindungsgemäs;

Fig. 2 Zusammenwirken der Gegenströme des zu vermischenden Mediums von einem Mischerpaar mit der entgegengesetzten Neigungsrichtung der Schaufeln, erfindungsgemäss.

Apparat zur Kultivierung von Mikroorganismen enthält ein vertikales zylindrisches Gehäuse 1 (Fig. 1), in dessen unteren Teil ein Belüfter 2 angebracht ist, ein Stutzen 3 für die Einführung des Nährmediums und des Impfstoffes ist im oberen Teil des Gehäuses 1 angebracht, ein Austrittsstutzen 4 für die Abteilung des Fertigproduktes ist im unteren Teil des Gehäuses 1 aufgestellt. Im Gehäuse 1 ist koaxial zu demselben eine Mischvorrichtung 5 angebracht, die eine Welle 6 aufweist, die mit einem Antrieb 7 bekannter Konstruktion gekoppelt ist. An der Welle 6 sind Paare A der Schaufelmischer befestigt, dabei weist jedes Paar A einen oberen Mischer8 und einen unteren Mischer 9 auf.

Die Anzahl der Paare der Schaufelmischer wählt man aus dem Verhältnis der Höhe des Apparates zu seinem Durchmesser, das von den erforderlichen Bedingungen der Kultivierung abhängig ist.

Nachstehend wird eine Ausführungsvariante des Apparates für die Kultivierung von Mikroorganismen betrachtet, in dem die Mischvorrichtung drei Paare A der Schaufelmischer aufweist.

Die Schaufel 10 der Mischer 8 und 9 in jedem Paaar A sind gekrümmt in Schraubenlinie mit einem Neigungswinkel zur Horizontalfäche, der auf Zeichnung mit a markiert ist, von 5° bis 30° ausgeführt, wobei die Neigungsrichtung der Schaufel 10 des oberen Mischers 8 entgegengesetzt zur Neigungsrichtung der Schaufel 10 des unteren Mischers 9 für die Gewährleistung der Gegenrichtung der Ströme des ver2

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mischbaren Mediums ist. Im oberen Teil des Gehäuses 1 ist an der Welle 6 über dem letzten Paar der Mischer 8 und 9 ein Schaumdämpfer 11 mit einer Feder 12 befestigt, die mit dem oberen Mischer 8 gekoppelt ist. Das Gehäuse 1 ist ausserdem mit einem Wärmeaustauschmantel 13 für die Unterhaltung der erforderlichen Temperatur des zu kultivierenden Mediums versehen, und an seiner inneren Wandung sind führende Längsplatten 14 befestigt, die axiale Richtung der Zirkulationsströme des Mediums in der an die Wandung angrenzenden Zone bewirken, die Berührungsfläche der Wärmeaustauschflächen mit den Strömen des Mediums vergrössern sowie die Drehbewegung der gesamten Masse des Mediums im Gehäuse 1 verhindern. Die Luft für die Belüftung wird durch einen Ansatzstutzen 15 abgeleitet.

Apparat zur Kultivierung von Mikroorganismen hat folgende Funktionsweise.

Durch den Eintrittsstutzen 3 wird das Gehäuse 1 mit einem Nährmedium und einem Impfstoff gefüllt, und durch den Belüfter 2 wird komprimierte Luft zugeführt. Der Stand der Füllung des Apparates hängt von dem erforderlichen Belüftungsgrad ab und soll bei der abgeschalteten Mischvorrichtung 5 von 70 bis 75%, bezogen auf den Rauminhalt des Gehäuses 1, betragen und soll unter dem Stand des Schaumdämpfers 11 liegen. Die Mischvorrichtung 5 wird durch die Einschaltung des Antriebs 7 zur Drehung gebracht. Je nach der Steigerung der Drehgeschwindigkeit der Mischer 8 und 9 schaffen die Schaufeln 10 axiale Gegenströmungen des zusammenwirkenden Mediums. Zwischen dem oberen und dem unteren Mischer 8 und 9 in Paaren entsteht eine quasi stationäre Vermischungszone (Fig. 2). In dieser Zone streben die absoluten Grössen der durchschnittlichen Geschwindigkeit nach dem Minimum und ihre Fluktuationen nach dem Maximum zu. Hier durch wird eine gleichmässige Energieverteilung der Vermischung gewährleistet, was ein Hindernis zur Entstehung lokal intensiver Zone darstellt, die mechanische Beschädigung der Mikroorganismen-Zellen verursachen.

Es wird ausserdem eine intensive Vermischung des Mediums erreicht, die zur Erhöhung des Gehalts an Gas und des Dispersionsgrades des Mediums insgesamt führt.

Die Erhöhung des Gehaltes an Gas ruft die Schaumbildung und die Vergrösserung des Gesamtvolumens des Mediums und die Vergrösserung des Gesamtvolumens des Mediums im Gehäuse 1 hervor, wodurch der obere Flüssigkeitspegel (Schaumschicht) steigt und den Schaumdämpfer 11 erreicht.

Der Schaumdämpfer 11 sammelt den Schaum und leitet diesen zum Zentrum des Apparates der Zone der Saugwirkung der Schaufeln 10 des letzten Paars der Mischer 8 und 9 zu. Durch die Verbindung mit dem oberen Mischer 8 im letzten Paar unterhält der Schaumdämpfer 11 den Stand des Mediums im Apparat. Hierdurch wird eine kontinuierliche Vermischung des Schaums mit der Kulturflüssigkeit gewährleistet, was auch zur Erhöhung des Gasgehaltes und des Dispersionsgrades des Mediums beiträgt. Dann wird das Fertigprodukt der Kultivierung durch den Austrittsstutzen 4 abgeleitet, und der Apparat wird für den neuen Vorgang der Kultivierung vorbereitet.

Dadurch, dass die Schaufeln 10 jedes Paars der Mischer 8 und 9 einen geringen Neigungswinkel a von 5° bis 30° zur horizontalen Fläche aufweisen, der gleich dem Anstellwinkel ist, erweisen sie keine starke Stosseinwirkung auf die Mikroorganismen. Dies ermöglicht, bei einer intensiven Vermischungsund Belüftungsführung die Kultivierung von Fadenpilzen (beispielsweise Polyporus squemasus, Tricho-derma viride) mit einer verzweigten Struktur des Myzeliums ohne beträchtliche Beschädigung der Unversehrtheit von Zellen durchzuführen.

Der Einsatz der Mischvorrichtung 5 mit oben beschriebener Konstruktion zur Kultivierung von Mikroorganismen ermöglicht es, maximale Axialströme bei minimalen Radialströmen durch die Wahl des Neigungswinkels der Schaufeln 10 und durch das Variieren der Drehgeschwindigkeit der Mischer 8 und 9 zu schaffen. Dabei ist es zweckmässig, den Neigungswinkel der Schaufeln 10 in einem Bereich von 5° bis 30° zur horizontalen Fläche einzustellen. Bei einem Neigungswinkel unter 5° ist es für die Erzielung einer ausreichenden Grösse der Axialkomponente eines Mediumstromes notwendig, die Drehgeschwindigkeit der Mischvorrichtung 5 stark zu vergrössern, dies ist jedoch infolge der Entstehung einer Um-wucht der Mischer 8 und 9 und der dabei auftretenden Wellenschwindung sowie aus anderen Gründen, die hauptsächlich mit der konstruktiven Ausführung des Apparates zusammenhängen, nicht möglich.

Bei einem Neigungswinkel über 30° wird die Radialkomponente des Mediumstromes, die durch die Schaufeln 10 der Mischer 8 und 9 geschaffen wird, grösser als die Axialkomponente des Mediumstromes. In diesem Fall hält man die Bedingung für die Entstehung einer quasi stationären Zone im Raum zwischen den Mischern 8 und 9 eines Paars nicht ein, die infolge des Zusammenwirkens der axialen Gegenströme ensteht. Wenn die Neigungswinkel in einem Bereich von 5° bis 30° liegen, wird ein intensiver Vermischungszustand ohne mechanischer Beschädigung von Zellen gewährleistet.

Es wurden folgende Vergleichsdaten der Kultivierung des Pilzes Polyporus squemosus in dem erfin-dungsgemässen Apparat und in dem bekannten Apparat mit standardisierten Turbomischern erhalten:

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Tabelle

Apparat

Ausbeute

Dauer der

Leistung

Prozentsatz

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tung Volumen/

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Erfindungs-

18,4

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1,08

-

1,7

0,1

gemässer

Bekannter

15,6

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0,78

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3,0

0,8

Somit ermöglicht es der erfindungsgemässe Apparat zur Kultivierung von Mikroorganismen im Vergleich zum bekannten Apparat, erhöhte Stoffaustauschdaten infolge einer intensiven Vermischung und der Turbulenzenstehung des Mediums ohne mechanische Beschädigung der Mikroorganismenzellen bei einer verringerten durchschnittlichen spezifischen Bedarfsleistung der Mischvorrichtung und bei Verringerung des Verbrauchs an Luft für die Belüftung zu bewirken.

Claims

Patentanspruch

Apparat zur Kultivierung von Mikroorganismen, der ein vertikales zylindrisches Gehäuse (1), einen Eintrittsstutzen (3) für die Einführung von Nährmedium und Impfstoff, der am oberen Teil des Gehäuses

(1) angebracht ist, einen Austrittsstutzen (4) für die Ableitung des Fertigproduktes und einen Belüfter

(2), die im unteren Teil des Gehäuses (1) angebracht sind und eine Mischvorrichtung (5), die koaxial im Gehäuse (1) mit der Möglichkeit der Drehung aufgestellt ist, die mindestens ein Paar von Schaufelmischern (8 und 9) vorsieht enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (10) jedes Mischers (8 und 9) in der Mischvorrichtung (5) mit einem Neigungswinkel von 5° bis 30° zur horizontalen Fläche ausgeführt sind, wobei die Neigungsrichtung der Schaufeln (10) des oberen Mischers (8) im Paar zur Neigungsrichtung der Schaufeln (10) des unteren Mischers (9) für die Gewährleistung der Gegenrichtung der Ströme des zu kultivierenden Mediums entgegengesetzt ist.

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