DD159011A3

DD159011A3 - METHOD AND DEVICE FOR REGULATING SUBSTRATE DOSAGE IN FERMENTATION PROCESSES

Info

Publication number: DD159011A3
Application number: DD23174881A
Authority: DD
Inventors: Joachim Sawistowsky; Lothar Lehmann; Gerlind Rogge; Monika Stannek
Original assignee: Joachim Sawistowsky; Lothar Lehmann; Gerlind Rogge; Monika Stannek
Priority date: 1981-07-14
Filing date: 1981-07-14
Publication date: 1983-02-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Substratdosierung beliebiger wasserloeslicher Substrate bei Fermentationsprozessen zur SCP-Produktion. Das Ziel der Erfindung besteht darin, den Fermentationsprozess oekonomischer zu gestalten. Dabei ist die Aufgabe zu loesen, durch ein Verfahren in einer geeigneten Vorrichtung die Substratdosierung zu regeln. Das Wesen der Erfindung besteht darin, aus der aktuellen Substratkonzentration des Fermentationsmediums ein adaequates, fuer Regelzwecke nutzbares elektrisches Signal zu gewinnen. Das wird dadurch erreicht, dass das die Mikroorganismen enthaltende Fermentationsmedium in eine begaste und temperierte Messzelle dosiert wird und der in der Messzelle stattfindende Sauerstoffverbrauch mittels einer Geloest-Sauerstoff-Elektrode gemessen wird und dieses Signal zur Regelung der Substratdosierung genutzt wird.The invention relates to a method for controlling the substrate dosage of any water-soluble substrates in fermentation processes for SCP production. The aim of the invention is to make the fermentation process more economical. The object to be solved is to regulate the substrate dosage by a method in a suitable device. The essence of the invention is to gain from the current substrate concentration of the fermentation medium an adequate, usable for control purposes electrical signal. This is achieved in that the fermentation medium containing the microorganisms is metered into a fumigated and tempered measuring cell and the oxygen consumption taking place in the measuring cell is measured by means of a geloest oxygen electrode and this signal is used to control the substrate dosage.

Description

Titeltitle

Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Substratdosierung bei PennentationsprozessenMethod and device for controlling the substrate dosage in Pennentationsprozessen

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein,Verfahren zur Regelung der Substratdosierung bei Pennentationsprozessen zur Herstellung von Puttereiweiß« Sie ist in die IPK C 12 M einzuordnen*The invention relates to a method for controlling the substrate dosage in Pennentationsprozessen for the production of Puttereiweiß «It is classified in the IPK C 12 M *

Characteristic of the known technical solutions

Die Einstellung der Substratdosierung bei technischen Fermentationsprozessen zur Herstellung von Puttereiweiß' erfolgt bisher manuell auf der Grundlage von Analyseergebnissen über die Restkonzentration. Derartige Analysen werden im Labor nach einschlägigen Methoden durchgeführt. Die Zeitdauer zwischen der Probenahme und dem Vorliegen des Analyseergebnisses kann eine oder mehrere Stunden betragen« Eine Automatisierung dieser Analysenmethoden ist mit einem so hohen technischen Aufwand verbunden, daß sie bisher in der Technik noch nicht eingeführt wurden* Beim Einsatz von Alkoholen oder anderen leicht flüchtigen Substraten ist eine kontinuierliche Messung der Alkoholkonzentration in der Abluft mittels Flammenionisationsdetektor (DE-OS 2440 948) möglich« Dieses Signal kann zur Regelung benutzt v/erden« Dieses Verfahren erfordert jedoch einen hohen technischen Aufwand, um aus der Permentorabluft einen Meßgasstrom ausreichender Konstanz zu 'erzeugen.The setting of the substrate dosage in technical fermentation processes for the production of Puttereiweiß 'is done manually so far on the basis of analysis results on the residual concentration. Such analyzes are carried out in the laboratory according to relevant methods. The time between sampling and the results of the analysis may be one or more hours. "Automation of these analytical methods involves so much technical effort that they have not yet been introduced in the art * When using alcohols or other volatile substrates is a continuous measurement of the alcohol concentration in the exhaust air by means of flame ionization detector (DE-OS 2440 948) possible «This signal can be used for control v / earth« This method, however, requires a great deal of technical effort to produce a Meßgasstrom sufficient consistency from the Permentorabluft ,

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Außerdem wird das Meßergebnis durch stets vorhandenes Aerosol unkontrolliert beeinflußt»In addition, the measurement result is influenced uncontrollably by the presence of an aerosol »

Andere kontinuierliche Signale, wie sie aus Messungen der Abluftzusammensetzung, der Gelöst-Sauerstoff-Konzentration 5 oder des Laugenverbrauchs erhalten werden, sind nur bedingt geeignet zur· Regelung der Substratdosierung, da sie noch von vielen anderen Parametern abhängen. Es wurde bereits ein verbessertes Verfahren zur Regelung der Substratzuführung auf der Basis des Cytochrom-C-Signals vorgeschlagen (WP C 12 B/222 371), jedoch ist auch hier ein außerordentlich hoher technischer Aufwand für das optische System und die elektronische Verarbeitung zum Cytochrom-C-Signal erforderlich»Other continuous signals, as obtained from measurements of the exhaust air composition, the dissolved oxygen concentration 5 or the lye consumption, are only conditionally suitable for controlling the metering of the substrate since they depend on many other parameters. An improved method for controlling the substrate supply on the basis of the cytochrome C signal has already been proposed (WP C 12 B / 222 371), but here, too, an extremely high technical outlay is required for the optical system and the electronic processing for the cytochrome C C signal required »

Aim of the invention

Ziel der Erfindung ist es, ein einfaches, universell für alle wasserlöslichen Substrate verwendbares Verfahren zur Regelung der Substratdosierung bei Fermentationsprozessen zur Erzeugung von SCP-Biomasse zu entwickeln»The aim of the invention is to develop a simple method which can be used universally for all water-soluble substrates for regulating the substrate dosage in fermentation processes for producing SCP biomass.

Explanation of the essence of the invention

Die Aufgabe der Erfindung ist demgemäß die Gewinnung eines kontinuierlichen elektrischen Signales, das proportional der Restsubstratkonzentration in einem beliebigen Fermentationsmedium ist und für die Steuerung der Substratzuführung genutzt werden kann»The object of the invention is accordingly to obtain a continuous electrical signal which is proportional to the residual substrate concentration in any fermentation medium and can be used to control the substrate supply »

Es wurde gefunden, daß die Mikroorganismen auch außerhalb des Fermentors in einem bei Fermentortemperatur temperierten und mit Luft begasten Gefäß in ihrem Fermentationsmedium weiterwachsen, sofern noch eine ausreichende Menge Restsubstrat vorhanden ist. Bei einer gleichmäßigen Zuflußgeschwindigkeit des Fermentationsmediums in dieses Gefäß und einer gleichmäßigen Zuführung von Luft, bzw, eines sauerstoffhaltigen Gases über eine Gasfilterplatte stellt sich in dieser Meßzelle eine der Restsubstratkonzentration adäquate Gelöst-Sauerstoff-Konzentration ein»It has been found that the microorganisms also grow outside the fermenter in a tempered at fermenter temperature and aerated vessel in their fermentation medium, if there is still a sufficient amount of residual substrate. With a uniform flow rate of the fermentation medium into this vessel and a uniform supply of air, or, an oxygen-containing gas via a gas filter plate adjusts itself in this measuring cell, the residual substrate concentration adequate dissolved oxygen concentration »

/48 O/ 48 O

Die Gelöst-Sauerstoff-Konzentration in der Meßzelle ist um so größer, jejgeringer die Substratkonzentration ist ' und umgekehrt· Aufgrund der kleinen Sauerstoffeintragsleistung der Meßzelle ist diese insbesondere zur Erfassung sehr geringer Substratkonzentrationen geeignet, was bei der Führung technischer Fermentationsprozesse zur Erzeugung von Futtereiweiß besonders vorteilhaft ist« Die Messung der Gelöst-Sauerstoffr-Konzentration in der Meßzelle ist mit handelsüblichen Geräten möglich, Diese Geräte haben ein elektrisches Ausgangssignal, das zu Regelungszwecken benutzt werden kann»The dissolved oxygen concentration in the measuring cell is greater, the lower the substrate concentration 'and vice versa. Due to the small oxygen input of the measuring cell this is particularly suitable for detecting very low substrate concentrations, which is particularly advantageous in the management of technical fermentation processes for the production of feed protein "The measurement of the dissolved oxygen concentration in the measuring cell is possible with commercially available devices. These devices have an electrical output signal that can be used for control purposes"

Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen "Verfahrens geeignete Vorrichtung besteht aus einer temperierten Meßzelle, einer Gelöst-Sauerstoff-Elektrode mit dem entsprechenden Meßverstärker und einem Regler für die Substratpumpe, sowie einer- Dosierpumpe für den konstanten Zufluß des Fer- - mentationsmediums in die Meßzelle aus dem Fermentor und einer Luftversorgung mit einer Regelung der Durchflußmenge,, Der Vorteil dieser Erfindung besteht darin, daß sie sich durch einen sehr einfachen, unkomplizierten Aufbau auszeichnet und für beliebige Fermentationsmedien und alle wasserlöslichen Substrate, ?/ie Alkohole, niedere Fettsäuren, Zucker und technische Gemische wie Melasse, Sulfitablauge und Schlempe, genutzt v/erden kann* Voraussetzung ist nur, daß die Mikro-Organismen aus dem jeweiligen Fermentationsmedium auch auf diesem Substrat wachsen, was bei einem Fermentationsprozeß auch .der Fall ist. Diese Voraussetzung bietet gleichzeitig den Vorteil, daß das Fermentationsmedium ohne jede Vorbehandlung sofort eingesetzt wird, im Gegensatz zu den üblichen chemischen und physikalischen Analysen, die alle Aufbereitungsmanipulationen erfordern. Aufgrund der kleinen Sauerstoffeintragsleistung der Meßzelle ist diese insbesondere zur Erfassung sehr· geringer Restsubstratkonzentrationen geeignet, die bei der Führung von Fermentationsprozessen zur Erzeugung von Futtereiweiß vorteilhaft sind.The device suitable for carrying out the method according to the invention consists of a tempered measuring cell, a dissolved oxygen electrode with the corresponding measuring amplifier and a regulator for the substrate pump, and a dosing pump for the constant inflow of the fermentation medium into the measuring cell from the The advantage of this invention is that it is characterized by a very simple, uncomplicated structure and for any fermentation media and all water-soluble substrates, / / alcohols, lower fatty acids, sugars and technical mixtures As a prerequisite, the microorganisms from the respective fermentation medium also grow on this substrate, which is also the case in a fermentation process the fermentationm edium is used immediately without any pretreatment, in contrast to the usual chemical and physical analyzes, all of which require reprocessing manipulations. Due to the small oxygen input power of the measuring cell, it is particularly suitable for detecting very low residual substrate concentrations, which are advantageous in the management of fermentation processes for producing feed protein.

Zur Anpassung der Vorrichtung an die jeweiligen Eigenschaften des Fermentatiönsmediums können die Zuflußgeschwindigkeit des Fermentationsmediums und die Luftmenge variiert werden*To adapt the device to the respective properties of the fermentation medium, the inflow rate of the fermentation medium and the amount of air can be varied *

Ausführungsbeispielembodiment

Die Arbeitsweise der Vorrichtung ergibt sich aus dem folgenden Beispiel.The operation of the device will be apparent from the following example.

Die Zeichnung zeigt das Schema der Regelung der Substratdosierung und die Vorrichtung zur Messung der Gelöst-Sauerstoff-Konsentration* Eine Dosiereinrichtung β fördert (' ' · ' eine konstante Menge frisches Fermentationsmedium aus dem Fermentor oder dem Außenkreislauf in die temperierte Meßzelle 1. Über eine Glasfilterplatte 10 wird eine durch einen Luftregler 9 konstant geregelte Luftmenge in die Meßzelle 1 eingeleitet* In der Meßzelle 1 setzen die im Fermentationsmedium befindlichen Mikroorganismen ihr Wachstum auf dem restlichen Substrat fort und verbrauchen eine äquivalente Menge Sauerstoff. Die sich einstellende Gelöst-Sauerstoff-Konzentration wird mit einer handelsüblichen Gelöst-Sauerstoff-Elektrode 2 und dem zugehörigen Meßverstärker 3 gemessen* Das Ausgangssignal des Meßverstärkers wird einer Registriereinrichtung 14 und einem Regler 4 zugeführt, der die Fördermenge des Substratstellgliedes 5 V_- regelt. Das Fermentationsmedium und die Luft verlassen die Meßzelle über das Ablaufrohr 11.The drawing shows the scheme of regulation of the substrate dosage and the device for measuring the dissolved oxygen Consentration * A metering device β ('' '' promotes a constant amount of fresh fermentation medium from the fermenter or the outer circuit in the temperature-controlled measuring cell 1. About a glass filter plate In the measuring cell 1, the microorganisms present in the fermentation medium continue to grow on the remaining substrate and consume an equivalent amount of oxygen The output signal of the measuring amplifier is fed to a recording device 14 and a regulator 4, which regulates the delivery rate of the substrate actuator 5 V_- The fermentation medium and the air leave the measuring system Cell via the drain pipe 11th

Claims

Invention; s claim

1 «method for controlling the substrate dosage in fermentation processes, characterized in that the microorganisms containing Permentationsinedium is metered by means of a metering pump in an air-tempered and tempered measuring cell / taking place in the measuring cell oxygen consumption by means of a dissolved oxygen electrode in a known manner and the output signal of the dissolved oxygen electrode is used to control the substrate dosage in the fermentor,

2. Method according to item 1, characterized in that the temperature of the measuring cell (1) is equal to the temperature at which the respective fermentation process is conducted through-5 ",

3 »method according to item 1 and 2, characterized in that ι that the amount of metered into the measuring cell (1) fermentation medium and the amount of air adapted to the respective properties of the fermentation medium. become.

4 * method according to item 1 to 3, characterized in that as water-soluble substrates alcohols, aldehydes, lower fatty acids, sugars, mixtures of these and technical products such as molasses, sulfite waste liquor, stillage and whey are suitable for regulation,

5. VsTTi ti ti ti wa for controlling the substrate dosage at Fer-

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mentation processes, characterized in that a dissolved oxygen electrode (2), which is in a tempered with inflow and overflow line (12,11) provided for the fermentation medium measuring cell (1), wherein in the bottom of the measuring cell (1) a Air inlet line (13) and above a frit plate (10) are arranged, with a measuring amplifier (3) is connected, which in turn with a registration device (14) and a substrate actuator (5) controlling controller (4) is coupled «

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