DD298425A5 - Verfahren zur entgasung mikrobiologischer suspensionen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dessen Anwendung es moeglich ist, mikrobiologische Suspensionen kontinuierlich oder diskontinuierlich zu entgasen. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dasz Leistungsultraschall in Form sehr kurzer Impulse in das zu entgasende Medium eingestrahlt wird. Durch die vorgeschlagene impulsfoermige Beschallung wird die Effektivitaet der Entgasung wesentlich erhoeht, da die Gasfreisetzung nach jedem Impuls erfolgt.{Mikrobiologie; Prozeszkontrolle; Entgasung; Ultraschall; mikrobiologische Suspensionen}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Entgasung mikrobiologischer Suspensionen im kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Betrieb.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik Die entgasende Wirkung von Leistungsultraschall ist aus der Literatur bekannt (Bergmann, L.: Der Ultraschall, Hirzel-Verlag

Stuttgart, 1954).

Technisch wird dieses Verfahren z. B. bei der Entgasung von homogenen Flüssigkeiten, Schmelzen oder Feststoffsuspensionen

genutzt, (z.B. Eden, C: Glastechnische Berichte 25,83 [1952], PS DE 2725448)

Der Einsatz von Leistungsultraschall im Zusammenhang mit mikrobiologischen Systemen ist mit der Zielstellung der Sterilisation und des Zellaufschlusses bekannt. Sowohl die entgasende als auch die zeilzerstörende Wirkung des Leistungsultraschalls basieren im wesentlichen auf der Erscheinung der Kavitation. Diese wird hervorgerufen, wenn i ι einem starken Wechseldruckfeld auf Grund sehr hoher Zugspannungen die flüssige Phase

aufreißt und mikroskopische Hohlräume entstehen.

Bei gashaltigen Flüssigkeiten tritt in den Zonen hoher Schallwechseldruckamplituden eine Gasübersättigung auf und es kommt

zur Ausbildung von Gasblasen. Diese Erscheinungen können in einfacher Weise bei einer stehenden Ultraschallwelle in den

Druckbäuchen hervorgerufen werden. In Suspensionen sind die Wirkungen nicht so eindeutig. Aus der Literatur ist bekannt, daß

eine deutliche Konzentrationsabhängigkeit der Kavitationserscheinung vorliegt (Dognon, A.; Y. Simonot: Kongreßbericht der

Erlanger Ultraschalltagung 1949). Strahlt man den Leistungschall impulsförmig ab, so kann festgestellt werden, daß sich mit Verkürzung der Impulsdauer die zur Kavitationserzeugung notwendige Schalleistung erhöht (Briggs, H.; J.B.Johnson; W. P. Mason: J Acoust. Soc. Amer. 19,664 Bei der Entgasung mittels Ultraschall ist zu beobachten, daß die Gasblasen in den Gebieten maximalen Schallwechseldruckes

entstehen und durch den Schallstrahlungsdruck in die Bereiche der maximalen Schwingungsamplitude getrieben werden. Hier verweilen sie überwiegend unter Ausführung stochastischer Bewegungen. Ein gleiches Verhalten ist bei festen

Suspensionspartikeln zu beobachten, wobei außerdem eine Koagulation auftreten kann. Ziel der Erfindung Ziel der Erfindung ist die Entwicklung eines Verfahrens zur kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Entgasung von

mikrobiologischen Suspensionen mit einer Konzentration der dispergierten Phase unter 4 Vol.-%.

Das Verfahren muß sich mit einer leicht sterilisierbaren und nach außen abgeschlossenen Vorrichtung realisieren lassen. Darlegung des Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Entgasung mikrobiologischer Suspensionen mit den

oben genannten Anforderungen zu entwickeln.

Unter den Gesichtspunkten der Kompaktheit, weitestgehenden Wartungsfreiheit und leichten Sterilisierbarkeit einer zu

realisierenden Vorrichtung, erscheint die Methode der Ultraschallentgasung vorteilhaft. Dagegen spricht der Umstand, daß sowohl die gewünschte Wirkung der Entgasung als auch die unbedingt zu vermeidende zeilzerstörende und sterilisierende

Wirkung des Leistungsultraschalls auf gleichen physikalischen Phänomenen beruhen und daher prinzipiell nicht zu trennen sind. Das Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Leistungsultraschall in Form sohr kurzer Impulse in das zu

entgasende Matertal eingestrahlt wird.

Es wurde beobachtet, daß eine nachweisbare Wirkung des Ultraschalls auf die Mikroorganismen erst bei einer längeren Beschallungsdauer auftritt. Durch die vorgeschlagene impulsförmige Schalleinstrahlung werden drei vorteilhafte Effekte erzielt:

1. Die Gasblasen entstehen bei der Beschallung augenblicklich und können daher freigesetzt werden. Dagegen ist eine nachteilige Wi/kung des Leistungsschalles auf die Mikroorganismen bei ausreichend kurzer Beschallungsdauer nicht feststellbar.

2. Die Gasblasen besitzen eine höhere Beweglichkeit als die Mikroorganismen und werden dadurch augenblicklich in Richtung des Schallstrahlungsdruckes in die Bereiche maximaler Schwingungsamplitude getrieben, wogegen der Leistungsschall auf die Mikroorganismen eher eine homogenisierende Wirkung ausübt.

3. Die Gasblasen verbleiben während der Dauer der Beschallung überwiegend in der Flüssigkeit, wobei sie in den Bereichen hoher Schwingungsamplitude heftige zitternde Bewegungen ausführen. Erst boi Beendigung der Sc 'alleinstrahlung werden sie momentan freigesetzt.

Durch die vorgeschlagene impulsförmige Beschallung wird die Effektivität der Entgasung wesentlich erhöht, da die Freisetzung nach jedem Impuls erfolgt.

In ihrer Gesamtheit ermöglichen diese Effekte eine vorteilhafte Entgasung mikrobiologischer Suspensionen, ohne daß eine nachteilige Wirkung auf die Mikroorganismen eintritt.

Ausführungsbelsplel Das Verfahren wurde realisiert zur Entgasung mikrobiologischer Systeme, wie sie im Ergebnis von Fermentationsprozessen

vorliegen. Dio entgaste Suspension sollte für analytische Aufgaben eingesetzt werden, so daß eine Beeinflussung der

Mikroorganismen durch die Entgasung unbedingt zu vermeiden war. Die Entgasung erfolgte wahlweise im kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Betrieb. Fig. 1 zeigt die hierbei verwendete Durchflußzelle, bestehend aus einem Rohr 1 mit einer trichterförmigen Anflanschung 2 zum Abscheiden der ausgetragenen Gasblasen und einer Ultraschalleinheit 3 in Form eines piezoelektrischen Verbundschwingers. Das Verfahren wurde realisiert mit einer Anordnung gemäß Fig. 2. Eine elektronische Steuereinheit 6 steuert das Zulaufventil 4,

das bei kontinuierlichem Betrieb stets geöffnet ist und ansonsten für die Dauer der Entgasung geschlossen wird. Mittels der elektronischen Stellglieder 8 und 9 wird die Intensität und die Dauer des Entgasungsimpulses eingestellt. Die elektronische

Leistungsschalleinheit 7 steuert den Ultraschallwandler der Durchflußzelle 5 an. Die Ultraschallfrequenz betrug 35kHz. Der Ultraschallimpuls mit einer Schallintensität von 4 bis 8,5 W/cm² hatte eine Dauer

0,5 Sekunden bei einem Tastverhältnis von 1:2.

Die Obergrenze der Impulsdauer, bei der sich schädigende Wirkungen an den Mikroorganismen feststellen ließen, war je nach

biologischem System unterschiedlich. Der Impuls sollte aber nicht länger als 2 Sekunden sein.

Claims (3)

1. Verfahren zur kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Entgasung mikrobiologischer Suspensionen, gekennzeichnet dadurch, daß die Entgasung mittels Leistungsultraschall erfolgt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Leistungsultraschall impulsförmig eingestrahlt wird,

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Dauer der Impulse, die Intensität und der Abstand mit einer elektronischen Vorrichtung gesteuert werden.