DD281408A5 - Einrichtung zum kultivieren von autotrophen mikroorganismen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Kultivieren von autotrophen Mikroorganismen, wie sie in der Lebensmittel- und Futtermittelindustrie oder in der Pharmazie Anwendung finden. Erfindungsgemaesz ist eine Einrichtung vorgesehen, die mit wenigstens zwei ineinander angeordneten, aus transparentem Material bestehenden Rohrwendeln versehen ist, deren parallele Laengsseiten ueber Kruemmer miteinander verbunden sind. Dabei befinden sich Lichtquellen in Form von Leuchtstoffroehren zwischen den parallelen Laengsseiten der Rohrwendeln. Das Ganze ist in einem von seiner aeuszeren Begrenzung her quaderfoermigen Rahmengestell fixiert. Dabei sind die Lichtquellen zu einem auswechselbaren Baustein vereint. Figur{Lebensmittelindustrie; Futtermittelindustrie; Pharmazieautotroph; Mikroorganismen; Rohrwendeln; Kruemmer; Lichtquellen; Leuchtstoffroehren; Rahmengestell}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Kultivieren von autotrophen Mikroorganismen, die in der Lebensmittel- und Futtermittelindustrie oder auch in der Pharmazie Anwendung finden können.

Charakteristik dos bekannten Standes dor Technik

Es ist bekannt, autotrophe Mikroorganismen zu kultivieren entweder in offenen Anlagen, die mittels Sonneneinstrahlung belichtet werden, oder es wird zur Herbeiführung der Photosynthese Kunstlicht angewendet. Es ist auch üblich, daß beide Belichtungsarten, z. B. im Tag-Nacht-Betrieb angewandt werden. Dabs¹ geht es vor allem darum, die aufgewandte Lichtenergie in einem möglichst hohen Maße auszunutzen.

So ist es nach der DD-PS 219210 bekannt, Sonnenlicht mit Hilfe eines Parabolspiegels auf eine lichtdurchlässige Rohrleitung zu richten, durch die eine Suspension von phototrophen Organismen geleitet wird. Der Parabolspiegel hat dabei zylindrische Gestalt und ist mit einer Nachführeinrichtung versehen. Bei dieser Einrichtung ist jedoch zu befürchten, daß mit der Konzentration des Sonnenlichtes auch eine zu hohe Erwärmung der Suspension eintritt, was zu einer Schädigung der lebenden Organismen führen kann.

Nach dem SU-Urheberschein 1166744 ist ein Photoreaktor bekannt geworden, bei dem zwei mäandorförmig gebogene Rohrleitungen ineinander gefügt sind, wobei jedoch die an den Enden der jeweils parallel verlaufenden Rohre angebrachten krümmerförmigen Umienkungen für das strömende Medium jeweils die eine nach der linken und die andere nach der rechten Seite abgebogen ist, da sonst eine Ineinanderanordnung der Rohre unmöglich wäre. Da es sich bsi einem solchen Photoreaktor in aller Regel um Glasrohre handelt, wirft diese Ausbildung herstellungsgemäß gewisse Schwierigkeiten auf, wobei dadurch im Glas unzulässige Spannungen auftreten können, die eine potentielle Bruchgofahr darstellen. Bereits geringe Erschütterungen können zur Rißbildung im Glas führen.

Weiterhin ist nach dem SU-Urheberschein 1062258 eine Einrichtung zur Aufzucht von phototrophen Mikroorganismen beschrieben, bei der zwei wendeiförmige Rohrleitungen nebeneinander angeordnet sind, zwischen denen sich Kunstlichtquellen befinden. Hierbei ist von Nachteil, daß die vorhandene Lichtenergie in nur geringem Umfang ausgenutzt wird. Allenfalls ist dio Belichtung der den Lichtquellen zugewandten Seiten der Rohrwendeln ausreichend, die beiden von den Lichtquellen abgewandten Se'ten erhalten hingegen viel zu wenig Lichtenergie, da die Intensität des Lichtes bekanntlich quadratisch im Verhältnis zur Entfernung abnimmt. Die Effektivität einer solchen Einrichtung ist deshalb als mäßig einzuschätzen. Nach der DD-PS 152 807 ist weiterhin eine Vorrichtung für die Kultivierung autotropher Mikroorganismen bekannt geworden, die sowohl mit Sonnenlicht als auch mit Kunstlicht betreibbar ist. Hierbei ist ein als Spirale ausgebildeter Exponator vorgesehen, der in dor Horizontalen liegt, der sowohl vom Sonnenlicht bestrahlt werden kann als auch von Kunstlicht. Da der Exponator stets in der Horizontalen verbleibt, verändert sich der Einfallswinkel dos Sonnenlichtes ständig, wodurch sich auch die Strahlungsintensität ständig verändert. Besonders bei kleinem Einfallswinkel ist die Intensität der Strahlung goring. Da der Exponator eine verhältnismäßig große Fläche bedeckt, macht sich eine hohe Leuchtdichte im Falle der Verwendung von Kunstlicht erforderlich, wodurch der Kultivationsprozeß und damit das gewonnene Endprodukt erheblich verteuert wird. Die GB-AS 2118572 hat ebenfalls eine Einrichtung zur Kultivierung von phototrophen Mikroorganismen zum Inhalt, bei der ein mäanderförmig gebogenes Rohr als Exponator vorgesehen ist. Dabei wird derselbe entweder mittels Sonnenlicht bestrahlt oder es erfolgt die Belichtung mittels Quecksilberdampflampen. Auch hier erfolgt eine nur mäßige Ausnutzung der eingesetzten Lichteneigie, wodurch sich das Herstellungsverfahren einesteils zeitaufwendig und andererseits kostenintensiv gestaltet.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat sich das Ziel gestellt, die Kultivierung von autotrophen Mikroorganismen kostensparend durchzuführen, wobei besonders das Verhältnis von eingesetzter Lichtenergie zu erhaltenem Produkt verbessert werden soll.

Datlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Ajfgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Kultivieren von autotrophen Mikroorganismen zu schaffen, die es gestattet, mit der aufgewandten Lichtenergie eine möglichst große Fläche zu belichten, wobei die Einrichtung raumsparend aufgebaut werden soll.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß wenigstens zwei ineinander angeordnete, aus transparentem Material bestehende Rohrwendeln vorgesehen sind, deren parallele Längsseiten über Krümmer miteinander verbunden sind, wobei zwischen den parallelen Längsseiten Lichtquellen sich befinden und das ganze in einem von seiner äußeren Begrenzung her quaderförmigen Rahmengestell gelagert ist. Hierbei sind die Rohre mit einer nach ihrer unteren Anschlußstelle gerichteten Neigung von etwa 1 % angeordnet.

Als Lichtquollen dienen Niederspannungs-Leuchtstoffröhren mit einem Wellenlängenbereich von 400 bis 750nm. Dabei ist die Vielzahl der Lichtquellen als geschlossener Baustein ausgebildet, der austauschbar und/oder teilweise abschaltbar ausgebildet

Durch die erfindungsgemäße Einrichtung wird erreicht, daß die eingesetzte Lichtenergie weitestgehend ausgenutzt wird, da die Lichtquellen gleichzeitig zwei aus Rohren gebildete Flächen belichten. Infolge der Ineinanderanordnung mehrerer Rohrwendel, wodurch die einzelnen Rohre in sehr geringem Abstand zueinander verlaufen, wird es möglich, das Kultivierungsmedium über einen sehr langen Zeitraum an den Lichtquellen vorbeizuführen. Durch Hintereinanderschaltung der einzelnen Wendeln läßt sich die Durchlaufstrecke um das Mehrfache vergrößern. Die Anordnung der Rohrwendeln in einem Rahmengestellt läßt die erfindungsgemäße Einrichtung zu einem austauschbaren Baustein werden, wodurch es auch ermöglicht wird, beliebig große Anlagen zur Kultivierung von autototrophen Mikroorganismen durch Hintereinanderschaltung dieser Bausteine aufzubauen, die verhältnismäßig wenig Raum beanspruchen.

Durch die Neigung der Rohre nach ihrer unteren Anschlußstelle hin, ist es möglich, die Einrichtung nach der Reinigung völlig auslaufen zu lassen. Dadurch werden Rückstände von Reinigungsmitteln sowie -flüssigkeit vermieden, die auf den weiteren

Betrieb einem schädigenden Einfluß ausüben könnten. '

Die Reinigung erfolgt mittels Schaumgummibäller,, die entsprechend der lichten Weite des Rohres bemessen sind und mit Hilfe der Reinigungsflüssigkeit durch die Rohrwendeln gedruckt werden.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung ist es außerdem, daß eine Volumenvergrößerung oder •verkleinerung ohne weiteres möglich ist, indem die ineinander angeordneten Rohrwendeln hintereinander geschaltet oder voneinander getrennt werden können. Durch diese Maßnahme wird es möglich sein, in einer einzelnen Rohrwendel die Vorkultivierung bis zur Größenordnung des Startvolumens vorzunehmen. Dadurch werden alle Anlagen zur Vorkultivierung der autotrophen Mikroorganismen überflüssig und können wegfallen.

Die Lichtquellen sind als ein geschlossener Baustein ausgebildet, 1er nach Bedarf austauschbar ist. Hierdurch wird es möglich, dieselben gegen solche einer anderen Wellenlänge des Lichtes auszutauschen, so daß die für die jeweiligen Kulturen günstigen Bedingungen geschaffen werden können. Dadurch werden auch Ausbeuten erzielt, die weit über den mit bisher bekannten Einrichtungen erzielbaren Ergebnissen liegen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung ist an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert

In derzugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Einrichtung Fig. 2: dieselbe in Draufsicht Fig. 3: eine Ansicht in Richtung A.

Wie in Fig. 1 dargestelh, sind die Rohrwendeln 1, 2 und 3 ineinander angeordnet. Dadurch liegen die Rohre an den beiden Längsseiten 4 und 5 sehr dicht beieinander. Dabei sind die Rohre über Krümmer 6 miteinander verbunden und so zu Wendeln ausgebildet. Die Rohrwendeln 1, 2 und 3 sind an den Halterungen 7 fest im Gestellrahmen 8 fixiert. Die einzelnen Rohre der Rohrwendeln 1,2 und 3 sind mit einer geringen Neigung von etwa 1% nach dem Anschlußstutzen 10 hin im Rahmengestell 8 angeordnet.

Durch die Flanschverbindungen 9 ist es möglich, die drei Wendeln 1,2 und 3 hintereinander zu schalten. Werden die abnehmbaren Krümmer 11 entfernt, so bildet jede Rohrwendel 1, 2und3eindurchgängiesSystem, das unabhängig von den jeweils beiden anderen ist. Indem von den Längsseiten 4 und 5 gebildeten Hohlraum 12, dessen Breite durch die Krümmer 6 bestimm; wird, befinden sich die Lichtquellen, die als Leuchstoffröhren 13 ausgebildet sind.

Zweckmäßigerweise sind die Leuchtstoffröhren 13 U-förmig gebogen, so daß nur am oberen Ende eine Anschlußmöglichkeit vorhanden sein muß. Hierdurch wird es ermöglicht, daß die Lichtquellen als gesonderter Baustein ausgebildet werden können und so leicht entfernbar und auswechselbar sind.

Zum Betrieb der Einrichtung wird dieselbe am Anschlußstutzen 10 mit einer entsprechenden Zuleitung verbunden, durch welche eine Suspension zugeführt wird, in welche die entsprechenden Mikroorganismen inokuliert worden sind. Dazu wird Luft und CO₂ zugeführt. Bis zur Erreichung des Startvolumens wird die Suspension zunächst nur über eine der Rohrwendeln 1,2 oder 3 umgepumpt.

Ist nun in dieser zunächst nur mit einer Wendel betriebenen Einrichtung das Startvolumen erreicht, können zunächst eine weitere Wendel und anschließend auch die dritte Wendel angeschaltet werden. Die in Wendel 1 vorwärts strömende Suspension wird in Wendel 2 gegenläufig hierzu geführt und gelangt dann nach Wendel 3, wo es wieder in der Richtung wie in Wendel 1 strömt und am entsprechenden Anschlußstutzen 10 wieder die Einrichtung verläßt und anschließend über eine nicht dargestellte Pumpe erneut in die Rohrwendeln 1,2 und 3 gedrückt wird. Die erforderliche Lichtenergie wird über die Leuchtstoffröhren 13 zugeführt, die sehr dicht an den Rohren angeordnet sind. Infolge ihrer Anordnung in dem Hohlraum 12 wird die Lichtenergie nach zwei Seiten hin wirksam. Hierdurch wird die Lichtenergie besonders gut ausgenutzt. Die dichte Anordnung der Leuchtstoffröhren 13 an den Wendeln 1,2 und 3 erbringt den höchstmöglichen Wirkungsgrad des Lichtes, dabei kommt der Umstand zugute, daß die von Leuchtstoffröhren erzeugte Temperatur vernachlässigbar gering ist und die Suspension ständig einen Wärmeaustauscher durchströmt, kommt es nicht zu unzulässigen Erwärmungen der strömenden Suspension. Wird die voile lichtintensität nicht benötigt, ist es möglich, einige Leuchtstoffröhren, beispielsweise jede zweite oder jede dritte, abzuschalten. Auf diese Weise ist die Vorrichtung stets mit hoher Effizienz betreibbar.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   1. Einrichtung zum Kultivieren von autotrophen Mikroorganismen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei ineinander angeordnete, aus transparentem Material bestehende Rohrwendeln (1; 2; 3) vorgesehen sind, deren parallele Längsseiten über Krümmer (6,11) miteinander verbunden sind, wobei zwischen den parallelen Längsseiten (4,5) Lichtquellen (13) sich befinden, und das Ganze in einem von seiner äußeren Begrenzung her quaderförmigen Rahmengestell (8) gelagert ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre mit einer nach ihrer unteren Anschlußstelle (10) gerichteten Neigung angeordnet sind.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquellen Niederspannungs-Leuchtstoffröhren (13) mit einem Wellenlängenbereich von 400 bis 750nm vorgesehen sind.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Lichtquellen als geschlossener Baustein ausgebildet sind, der austauschbar und/oder teilweise abschaltbar ausgebildet ist.