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Vorrichtung für die Züchtung von Mikroorganismen Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung für die Züchtung von Mikroorganismen und zur Erzeugung von nach
dem Oberflächenverfahren gewinnbaren Gärungsprodukten, insbesondere von Tyrothricin,
mit in einem Behälter eingeschlossenen Gärtassen, die zu einem Aggregat zusammengefaßt
und mittels Überlaufeinrichtungen miteinander verbunden sind, sowie mit Einrichtungen:
zur Begasung bzw. Belüftung und zum Abzug der Gärgase.
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Es sind schon Vorrichtungen bekanntgeworden, die, z. B. mit übereinander
angeordneten Schalen, die Erzielung von großen Oberflächen d'er zu bearbeitenden
Flüssigkeit auf verhältnismäßig kleinem Raum gewährleisten, wobei die Flüssigkeit
der umgebenden Luft ausgesetzt ist und durch mechanisches Aufrühren der Flüssigkeit
der Gasstoffwechsel intensiviert werden, kann. Es sind ferner Vorrichtungen beschrieben
worden, die durch Zuführen von keimfreier Luft die Atmung der Organismen beeinflussen
und eine sterile Gärführung gewährleisten..
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Bei anderen Gärvorrichtungen ist die Belüftungsvorrichtung derart
konstruiert, da.ß die Luft entweder in die Flüssigkeit eingeleitet oder direkt auf
die Organismendecke aufgeblasen wird, wobei entweder bei feststehenden Tellern das
Belüftungsrohr oder bei feststehendem Belüftungsrohr das Tellersystem drehbar gelagert
ist. Bei allen diesen Vorrichtungen kommt es zu einer Bewegung, zu mindestens aber
zu einer Erschütterung der Flüssigkeit in den Gärgefäßen. Solche Vorrichtungen sind
jedoch immer dort unbrauchbar, wo es sich um die Erzeugung eines Stoffwechselproduktes,
wie z. B. das Antibiotikum Tyrothricin; handelt, bei dessen Herstellung es von allergrößter
Bedeutung für die Ausbeute ist, daß sich trotz reichlicher ständiger Luftzufuhr
eine: zusammenhängende Bakteriendecke bilden kann und daß diese dünne Bakterienhaut
nicht bewegt oder gar zerstört wird.
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Die Erfindung zielt darauf ab, eine Vorrichtung zu schaffen, die auch
bei Verwendung von Organismen, die große Luftmengen erfordern, wie etwa Bac. brevis,
eine Gärführung unter völlig ungestörter Entwicklung der Oberflächenhaut gewährleistet.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
die Einrichtungen zur Belüftung Luftzuführungseinrichtungen aufweisen, deren Luftaustrittsäffnungen
gegen Prallflächen gerichtet sind, die- eine Umlenkung und Zerstreuung des Luftstromes
bewirken.
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In den Fig. 1 und 2 ist eine beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung dargestellt.
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Fig.1 ist ein Schnitt durch Fig.2 längs der Linie I-I; Fig.2 zeigt
einen Querschnitt des Behälters nach Fig. 1 entlang der Linie II-II.
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In einem zylindrischen Behälter 1, welcher mit einem dicht schließenden
Deckel 2 verschlossen ist, ist ein Aggregat auswechselbarer Gärgefäße 3 eingesetzt.
In diesem Aggregat sind die Gärtassen 3 übereinander angeordnet und derart über
Überlaufvorrichtungen 4 verbunden, daß durch im Deckel 2 angeordnete Flüssigkeitszuführungseinrichtungen
27 bis 32 der Reihe nach, von oben beginnend, alle Gärgefäße mit einer vorbestimmten
Menge an Gärflüssigkeit beschickt werden können. Im Behälter 1 sind Belüftungseinrichtungen
5 bis 9 vorgesehen, welche eine die ungestörte Entwicklung der Oberflächenhaut gewährleistende
Belüftung der Gärtassen ermöglichen. Die Belüftungseinrichtungen weisen Luftzuführungsleitungen
7, 8 und: 9 auf, deren Luftaustrittsöffnungen 10 im wesentlichen
von den Gärgefäßen abgewendet sind. Die Luftaustrittsöffnungen sind gegen die als
Prallfläche dienende Behälterwand gerichtet. Der BehäIter 1 ist ferner mit einem.
Entleerungsstutzen 11 und Ventil 12, dem Entlüftungsstutzen 13 mit Entlüftungsventil
14 und Manometer 15, den. beiden Thermometerstutzen 16, 17 und dem Duplikat 20,
an dem die entsprechendem Armaturen für Heizdampf 21, 24, Kühlwasser 22, 25 und
Umlaufwasser 23, 26 angebracht sind, sowie mit drei Füllstutzen 30, 31, 32 und den
dazugehörigen Ventilen 27, 28, 29 ausgestattet.
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Die vertikal angeordneten Luftzuführungsleitungen 7, 8 und
9 liegen zwischen der Behälterwand
und den Gärgefäßen; die
Luftaustrittsöffnungen 10
befinden sich in dem der Behälterwand zugekehrten
Mantelabschnitt der Zuführungsrohre. Zusätzlich können, noch Luftaustrittsöffnungen
am Ende der Zuführungsrohre 7, 8 und 9 vorgesehen werden, aus welchen die Luft gegen
den Deckel des Behälters strömt. Werden die vertikalen Luftzuführungsleitungen in
der Behältermitte hochgeführt, so, 1cönnen die Lu.ftaustrfttsöffnungen vorteilhaft
gegen ein zentral gelegenes, vertikales, zweckmäßig als Abzugsrohr für die Gärgase
dienendes Rohr gerichtet sein, dessen Außenwand die Prallfläche bildet. In gewissen
Fällen kann es zweckmäßig sein, radiale Luftzufüh.rungsleitungen anzubringen,- die
von im wesentlichen vertikal angeordneten Versorgungsleitungen gespeist werden.
Werden die radialen Luftzuführungsleitungen von einem in der Behältermitte gelegenen
vertikalen Leitungsrohr mit Luft versorgt, so können die Luftaustrittsöffnungen
an den Enden der radialen Rohre vorgesehen. und gegen die Behälterwand gerichtet
sein. Es können aber auch radiale Luftzuführungsleitungen, gegebenenfalls mit geschlossen-ein
Rohrende, angewendet werden, wobei sich die Luftaustrittsöffnungen in jenen Abschnitten
der Rohrwandung befinden, die Prallwänden, z. B. der Gärtassenunterseite, zugewendet
sind.
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Die Gärtassen können, in segmentförmigen Systemen 33, 34, 35 (Fig.
2) um ein perforiertes mittleres Tragrohr 36, welches gleichzeitig als Entlüftungsrohr
dient, auf den durchlöcherten Tragboden 37 angeordnet sein. Die überlaufrohre, welche
in den. einzelnen Gärtassen eingesetzt sind, werden zur Vermeidung von Stauungen
an ihrem oberen. Ende vorteilhaft trichterförmig erweitert. Die Fixierung der Gärtassen
kann auf die, folgende Weise erfolgen: Die untersten Gärtassen werden vom Tragboden
37 getragen., die darüber befindlichen Gärtassen ruhen mit drei Füßen auf der jeweils
unteren Tasse und sind mit Haken im Tragrohr eingehängt, wodurch die horizontale
Lage - der Gärtassen gewährleistet ist. Die Tassensysteme können samt- dem mittleren
Trag= rohr aus dem Behälter-nach oben herausgehoben oder aber auch, sofern eine
große Grundfläche zur Aufstellung der Gärgefäße zur Verfügung steht, in horizontaler
Richtung,-- z. B: durch eine Tür in der Behälterwand, ausgefahren werden, worauf
dann die Tassen zur Entleerung und Durchführung der notwendigen Reinigung einzeln
abgenommen werden können.. -Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vorteilhaft mit
einem Nährlösungskocher und einem Zuckerkocher sowie Einrichtungen zur Luftsterilisation
und Luftmessung verbunden werden, wie dies in Fig. 3 schematisch: dargestellt ist.
-Der Nährlösungskoche.r 40, der mit einem Duplikat 41 und einem abnehmbaren. Deckel
42 ausgerüstet ist, weist einen Impfstutzen mit Impfventil 43 auf. Über die Verbindungsleitung
ist der Nährlösungskocher 40 mit dem Zuckerkocher 60 verbunden. Am Boden: des Nährlös,ungssterili-sators
ist der Entleerungsstutzen mit Ventil 45 angebracht, der die Füllstutzen 30, 31,
32 über die Fülleitung 46 versorgt. Am Duplikat dieses Kochers sind Zu.- und Ableitungen
für Dampf 50, 53, Kühlwasser 51, 54 und Umlaufwasser 52, 55 vorgesehen. In ähnlicher
Weise ist der über den NährlösungskQcher angebrachte Zuckerkocher 60 mit Zu-und
Ableitungen für Dampf' 61, 63 und Kühlwasser 62, 64 ausgerüstet.
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Der Nährlösungskocher wird über das- Luftsterilisatiomsfilter 73 und
Luftzuleitungsrohr 66 mit Luft versorgt. :Die über, die Leitung 66 zugeführte Luft
dient zur Durchmnischung der Nährlösung mit Zucker und Impfgut. Im späteren Gang
der Erzeugung erfolgt im Kocher 40 die Befeuchtung der zur- Belüftung des Gärgefäßes
1 dienenden Luft. Während der Belüftung perlt die Luft im Gefäß 40 durch steriles
Wasser. Auf diese Weise wird die Luft mit Wasserdampf gesättigt und dadurch ein
Eindunsten. der Nährlösung in den Gärtassen vermieden. Die befeuchtete Luft wird
zum Behälter 1 über die Leitung 67 zugeführt, die die entsprechenden Ventile enthält.
Luft kann gegebenenfalls auch über die Umgehungsleitung 70 in den. Behälter
1
geleitet werden. (Ventile 71 und 72 geschlossen). In dem mit Doppelmantel
versehenen, Sterilisationsfilter 73 kann die Luft zur Verbesserung der Sterilisationswirkung
durch Watte oder durch Keramikfilter geführt werden: Als Luftmesser ist ein Turboströmungsmesser
74 vorgesehen.
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Die, Funktionsweise der vorstehend beschriebenen Einrichtung wird
im nachstehenden, Beispiel, welches die Gewinnung vom. Tyrothricin betrifft, erläutert:
Zunächst wird die gesamte Apparatur (Gärgefäß, 1Vährlösungs- und Zuckerkocher sowie
Luftsterilfilter) durch direkten und indirekten Dampf sterilisiert. Nach der Sterilisation
wird zur Austrocknung der Gärtassen heiße, sterile Luft unter Umgehung des Nährlösu
ngskochers über die Leitung
70 (Ventile
71
und 72 geschlossen)- durch
den Behälter 1 strömen gelassen. (Das Erhitzen der Luft geschieht mittels Durchleiten
durch das über ein Duplikat geheiztes Sterilisationsfilter.) Der Nährlösungssterilisator
40 wird nun mit der Nährlösung gefüllt. Als solche wird z. B. eine Lösung von
| Corn steep - N . . . . . .. . . . . . . . 0,06 0/0 |
| K2 H P O4 . : . . . . . . . .-. . . . . . . . . 0,0.5-% |
| K H2 P O4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,05 0/a |
| MgS 04.7 H2 O . . . . . . . . . . . . . 0,02 0/0 |
| Na Cl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,001% |
| Mn S 04. 4H20 . . . . . . . . . . . . . 0,0010/0 |
| Fe S O4 - 7 H2 O . . . . . . . . . . . . . -0,001% |
| Ca C12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,0010/0 |
verwendet. Gleichzeitig wird in den Zuckerkocher die zu sterilisierende Zuckerlösung
(z. B. eine 10%ige Glukoselösung) eingefüllt. Nährlösung und Zucker werden zur Vermeidung
von Karamelisation getrennt sterilisiert.
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Nach der mit indirektem Dampf erfolgten Sterilisation wird unter Durchleiten
von Kühlwasser durch die Duplikate der Inhalt der beiden Gefäße auf die Gärtemperatur
(37° C) abgekühlt.
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Durch die Leitung 44 wird die sterile Zuckerlösung bei geöffneter
Luftleitung 67 und geöffnetem Ventil 75 in dien Nährlösungskocher einfließen gelassen.
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Das Impfgut, eine Sporensuspension von B. brevis, wird durch den Impfstutzen
43 unter sterilen Bedingungen, zugefügt, worauf im Nährlösungskocher unter Durchblasen
von Sterilluft über die Leitung 66 eine Durchmischung erfolgt. Nunmehr werden die
Gärtassen über den Ablaufstutzen 45, die Leitung 46 und die Füllstutzen 3V, 31 und
32 mit der beimpften Nährlösung beschickt. Bei der Füllung werden nach. dem Überlaufprinzip
zuerst die obersten Tassen und dann auch die- unteren gefüllt. Sobald beim geöffneten
Ventil 12- aus dem, Ablaßstutzen 11 Nährlösung austritt, ist der Füllprozeß beendet.
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Nachdem -nun indem Nährlösungskocher Wasser sterilisiert und hierauf
auf die Gärtemperatur, gebracht wurde, wird sterile Luft über Ventil 72, Leitung
66
zum Behälter 40 geleitet, wo es durch steriles Wasser perlt und dadurch befeuchtet
wird. über Leitung 67, Ventil 71 und Ventil 5 gelangt die befeuchtete Luft in den
Behälter 1 und wird in der gewünschten Menge über die Gärtassen (z. B. 20 I/Min.)
geführt; der gewünschte Innendruck (z. B. 1 atü) wird mit Hilfe des Luftaustrittsventils
14 eingestellt.
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Zur Aufrechterhaltung der Gärtemperatur wird durch das Duplikat Umlaufwasser
von etwa 37° C zirkulieren gelassen.
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Nach Beendigung der Gärung, die erfahrungsgemäß eine Woche in Anspruch,
nimmt, wird dieselbe unterbrochen. Zu diesem Zwecke wird die Luft abgestellt, der
Behälter geöffnet und die Tassensysteme dem Behälter entnommen.. Der Inhalt der
einzelnen Tassen wird in den Behälter 1 geschüttet, von dem er durch den
Entleerungsstutzen 11 in einen Vorratsbehälter fließen kann.. Die Gewinnung des
Tyrothricins aus der geernteten Kultuirlösung erfolgt in der bekannten Weise durch
Ansäuern. auf ein PH von ungefähr 4,5, Abzentrifugieren von Bakterienmasse und Eiweiß,
Extraktion des Rückstandes mit Methylalkohol, Ausfällung des Tyrothricins. aus der
alkoholischen Lösung durch Zugabe einer 1o/oigen Kochsalzlösung im Verhältnis 1
: 10 (1 Teil Tyrothricinlösung -i- 10 Teile NaCl-Lösung), Abfiltration des Rohtyrothricins
und Reinigung durch Auflösen und Wiederausfällen. Es werden Ausbeuten an Tyrothricin
erhalten, welche in der Größenordnung von 2 g pro Liter Gärflüssigkeit liegen..
Das erfindungsgemäße Verfahren liefert jedoch auch. bei anderen, technisch anwendbaren
Gärprozessen, z. B. bei der Herstellung von Zitronensäure, ganz ausgezeichnete Ergebnisse.
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Nach der Entleerung der Gärtassen werden diese, ebenso wie der Behälter
1, gereinigt und für die nächste Charge zusammengestellt.