DD252612A1

DD252612A1 - Festbettfermentor

Info

Publication number: DD252612A1
Application number: DD29424486A
Authority: DD
Inventors: Guenter Klappach; Klaus Tannenberger; Dieter Weichert; Siegfried Portius; Dietrich Meyer
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1986-09-09
Filing date: 1986-09-09
Publication date: 1987-12-23

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Festbettfermentor fuer die Kultivierung von Mikroorganismen, insbesondere mycelbildenden Mikroorganismen und die Gewinnung ihrer Stoffwechselprodukte. Der erfindungsgemaesse Festbettfermentor besteht aus einem horizontal liegenden zylindrischen Behaelter, in dem eine zentrisch und axial gelagerte Welle angeordnet ist, die gegeneinander versetzte und bis an die Behaelterinnenwand heranreichende Umwaelzelemente traegt. Letztere sind so gestaltet, dass ein Messraum entsteht, der die Messung relevanter Prozessparameter gestattet.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Festbettfermentor für die Kultivierung von Mikroorganismen, insbesondere mycelbildende Mikroorganismen, zur Gewinnung von Enzymen und anderen Stoffwechselprodukten und kann in der Bioprozeßtechnik angewendet werden. . .

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Im Gegensatz zur Submersfermentation, bei der die Nährlösungsbestandteile im Wasser gelöst bzw. dispergiert und die Mikroorganismen suspendiert sind, verzichtet die Festbettfermentation auf die überschüssige freie wäßrige Phase und läßt die Mikroorganismen auf dem hochgequollenen Substrat (z. B. cellulose- oder stärkehaltiges Material) wachsen. Die bekannten, für die Submersfermentation entwickelten Fermentoren sind für die Festbettfermentation nicht verwendbar, so daß neue Fermentorkonstruktionen erforderlich sind.

Obwohl sehr wenig über die verfahrenstechnische Auslegung und die Effizienz von Fermentoren zur Kultivierung von Mikroorganismen im Festbett publiziert ist, lassen sich die vorgeschlagenen Apparatekonstruktionen danach klassifizieren, ob das Reaktionsgut während des Fermentationsprozesses bewegt wird oder nicht. Die Festbettfermentation wird häufig in flachen Pfannen, Trögen mit perforierten Böden, gefüllten Säulen o.a. durchgeführt. Derartige Apparate sind wenig produktiv, sehr platzaufwendig und mit Gefährdungen für das Betreiberpersonal verbunden. Einige sowjetische Apparateentwicklungen umgehen diese Nachteile durch hermetisch abgekapselte und vollmechanisierte Konstruktionen.

Gemäß SU-US 259029 wird in Metallkammern mit vertikalen Belüftungskanälen in geringer Schüttelhöhe eine Pilzfermentation durchgeführt. Die Belüftung durch perforierte Platten führt zu einem Druckabfall im Reaktionsgut und zur Abnahme der Porenstruktur, so daß auf Grund limitierender Sauerstoffzufuhr und Wärmeabfuhr eine begrenzte Produktivität in Kauf genommen werden muß.

Andere Konstruktionen für die Festbettfermentation zielen auf ein Bewegen des Reaktionsgutes ab. Dies wird z. B. in Drehtrommeln erreicht, die jedoch neben dem Nachteil einer geringen Belüftung vor allem wegen des Bewuchses der Wände und Einbauten nicht effektiv und sicher zu betreiben sind. In der FR-PS 2554123 wird eine Fermentorkonstruktion beschrieben, bei der das Reaktionsgut in einem zylindrischen Behälter mit einer zentrisch angeordneten Rührachse durch ein durchgängiges, helikal im Abstand um die Rührachse verlaufendes Band in Bewegung versetzt wird. In dergleichen Patentschrift werden ausschließlich Anwendungen mit stärkehaltigen Materialien beschrieben, die leicht knetbar, wenn nicht sogar auf Grund ihrer partikulären oder granulierten Struktur rieselfähig sind.

Lignocellulosehaltige Materialien werden infolge ihrer faserigen Struktur frontal vordem Bandrührer hergeschoben und dabei verdichtet, so daß die gleichen Nachteile, wie oben für das stationäre Festbett aufgezeigt, eintreten.

Die o.g. Erfindung ist deshalb nur eingeschränkt für die Festbettfermentation anwendbar, lignocellulosehaltige Materialien scheiden mit Sicherheit aus.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Fermentor, der es ermöglicht, Verfahren zur Kultivierung von Mikroorganismen und zur Gewinnung von Enzymen mit höherer Effektivität und Produktivität sowie unter definierten und reproduzierbaren Bedingungen durchzuführen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Festbettfermentor zu entwickeln, der die Aufrechterhaltung einer lockeren Schüttung des Reaktionsgutes und dessen Homogenisierung während der Fermentation gewährleistet sowie die Messung relevanter Prozeßparameter zuläßt.

Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe so gelöst, daß in einem horizontal liegenden zylindrischen Behälter, dessen Stirnseiten mit demontierbaren Deckplatten versehen sind, eine zentrisch und axial gelagerte Welle angeordnet ist, die gegeneinander versetzte und bis an die Behälterinnenwand heranreichende Umwälzelemente trägt. Diese sind auf der Welle so angeordnet, daß für die in Durchführungen durch die Behälterwand befindlichen Meßfühler ein Meßraum entsteht.

Die Umwälzelemente sind als einfache stabförmige Gebilde, die bis an die Behälterinnenwand reichende Abstreifelemente tragen können, oder als gegen die Welle um 45°C angestellte blattförmige Elemente ausgeführt.

Die Funktionsweise des Festbettfermentors ist wie folgt:

Der Festbettfermentor wird mit dem vorbereiteten Reaktionsgut, das alle für das mikrobielle Wachstum und die Bildung von Stoffwechselprodukten erforderliche Komponenten enthält, gleichmäßig befüllt und beimpft. Der für aerobe Prozesse benötigte Sauerstoff wird mit dem Luftstrom, der durch eine Öffnung in der Deckelplatte eintritt, dem Reaktionsgemisch zugeführt. Durch ständiges oder zeitweiliges Betreiben der mit Umwälzelementen bestückten Welle wird das Reaktionsgut umgewälzt, gewendet und aufgelockert, so daß während des gesamten Fermentationsprozesses eine für das Wachstum und die Bildung von· Stoffwechselprodukten günstige Struktur des Reaktionsgutes, die bedarfsgerechte Sauerstoffversorgung und die Abführung der Reaktionswärme gesichert werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll anhand des nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Figur 1: zeigt den Querschnitt durch den Festbettfermentor.

Der Festbettfermentor ist als waagerecht liegender zylindrischer Behälter 1 mit einem Innendurchmesser von 150 mm, mit einer Langer von 235 mm und mit einem Bruttovolumen von 4,201 ausgebildet. Am zylindrischen Mittelteil befinden sich seitlich Flansche zur Aufnahme und Befestigung der Deckplatten 2,2'. Zur Kühlung bzw. Temperierung des Reaktorinhaltes sind schalenförmig um den Behälter angeordnete Doppelmantelsegmente 7 angebracht, in denen ein Wärmeübertragungsmedium, ζ. B. Wasser, zirkuliert. In einer der Deckplatten 2,2' ist zentral die Lager- und Abdichtsektion für die Welle 3 eingebaut. Auf der Welle 3 sind austauschbar unterschiedliche Umwälzelemente 4 angeordnet, die nebeneinander auf der Welle 3 fixiert werden können und radial bis zur Innenwand des Behälters 1 reichen

Als Umwälzelemente 4finden Anwendung:

— stabförmige Umwälzelemente 4, einer gegen den benachbarten versetzt angeordnet oder

— stabförmige Umwälzelemente 4 mit Kunststoffwischern, die an der Innenwand des Behälters anliegen und gegeneinander versetzt angeordnet sind oder

— blattförmige Umwälzelemente 12,45° Anstellwinkel gegen die Rührerwelle und gegeneinander versetzt angeordnet. In der Mitte des zylindrischen Behälters 1 ist ein ringförmiger Meßraum 5 geschaffen worden, der nicht von den . Umwälzelementen 4 überstrichen wird und der der Aufnahme der Meßfühler und Zusatzgeräte dient 8,8', 9,9'.

Zum Umwenden, Auflockern und Homogenisieren des Reaktionsgutes wird die Rührvorrichtung im Drehzahlbereich von 0-50 min"¹ betrieben. Während des Fermentationsprozesses wird die Rührvorrichtung bei gegen Scherkräfte empfindlichen mycelbildenden Mikroorganismen nur in Intervallen automatisch für vorgewählte Zeiten eingeschaltet.

Die Luftzufuhr erfolgt durch eine Öffnung 10, die am Boden einer Deckplatte 2,2' angebracht ist. Die Abluft verläßt den Festbettfermentor über eine Öffnung 11 in der oberen Hälfte der gegenüberliegenden Deckplatte.

Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird erreicht, daß für das Wachstum, die Bildung von Enzymen und Stoffwechselprodukten auf festen Substraten günstige Bedingungen geschaffen werden.

Claims

1. Festbettfermentor zur Kultivierung von Mikroorganismen und Gewinnung ihrer Stoffwechselprodukte, gekennzeichnet dadurch, daß in einem horizontal liegenden Behälter (1), dessen Stirnseiten mit demontierbaren Deckplatten (2,2') versehen sind, eine zentrisch und axial gelagerte Welle (3) angeordnet ist, die gegeneinander versetzte und bis an die Behälteririnenwand heranreichende Umwälzelemente (4) trägt, die auf der Welle (3) so angeordnet sind, daß für die in Durchführungen (8,8') befindlichen Meßfühler (9,9') ein Meßraum (5) entsteht.

2. Festbettfermentor nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Umwälzelemente (4) entweder aus senkrecht auf der Welle (3) aufsitzenden Stäben ohne oder mit an der Behälterwand anliegenden Abstreifelementen (12) oder aus gegen die Welle (3) um 45⁰C angestellten blattförmigen Elementen bestehen.