DE102018128010B4

DE102018128010B4 - Bioreaktor zum Kultivieren von photoautotrophen Mikroorganismen und dessen Verwendung

Info

Publication number: DE102018128010B4
Application number: DE102018128010.6A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-11-08
Filing date: 2018-11-08
Publication date: 2021-02-11
Anticipated expiration: 2038-11-09
Also published as: DE102018128010A1

Abstract

Bioreaktor (1) zum Kultivieren (21) von Mikroorganismen mit- einem Schlauchkörper (2) aus thermoplastischer Kunststofffolie (3), der sich von einem unteren Ende (6) zu einem oberen Ende (5) erstreckt und der einen Innenraum (14) umschließt,- Aufhängeeinrichtungen (7) an dem oberen Ende (5) des Schlauchkörpers (2) und- Anschlüssen (9, 11, 12) an dem oberen Ende (5) des Schlauchkörpers (2) zum Zuführen von Kulturmedium in den Innenraum (14) und zum Zuführen von Gas in den und zum Abführen von Gas aus dem Innenraum (14),- wobei sich eine an den Anschluss (11) zum Zuführen von Gas angeschlossene und in den Innenraum (14) einmündende Gasführungsleitung (15) von dem oberen Ende (5) zu dem unteren Ende (6) des Schlauchkörpers (2) hin erstreckt, dadurch gekennzeichnet,- dass der Innenraum (14) eine an das untere Ende (6) des Schlauchkörpers (2) angrenzende und von einem Rest des Innenraums (14) durch Verschweißen und/oder Abklemmen des Schlauchkörpers (2) abtrennbare Erntekammer (17) aufweist und- dass die Gasführungsleitung (15) aus der thermoplastischen Kunststofffolie (3) durch Verschweißen des Schlauchkörpers (2) längs mindestens einer sich von dem oberen Ende (5) zu dem unteren Ende (6) des Schlauchkörpers (2) hin erstreckenden Schweißnaht gebildet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf einen Bioreaktor zum Kultivieren von Mikroorganismen, insbesondere von photoautotrophen Mikroorganismen. Der Bioreaktor weist einen Schlauchkörper aus thermoplastischer Kunststofffolie, der sich von einem unteren Ende zu einem oberen Ende erstreckt und der einen Innenraum umschließt, Aufhängeeinrichtungen an dem oberen Ende des Schlauchkörpers und Anschlüsse an dem oberen Ende des Schlauchkörpers zum Zuführen von Kulturmedium in den Innenraum und zum Zuführen von Gas in den und zum Abführen von Gas aus dem Innenraum auf. Dabei erstreckt sich eine an den Anschluss zum Zuführen von Gas angeschlossene und in den Innenraum einmündende Gasführungsleitung von dem oberen Ende zu dem unteren Ende des Schlauchkörpers hin.
Weiterhin bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Verwendung eines solchen Bioreaktors zum Kultivieren von Mikroorganismen, insbesondere von photoautotrophen Mikroorganismen.
STAND DER TECHNIK
Die Kultivierung von Mikroorganismen, einschließlich photoautotrophen Mikroorganismen wie beispielsweise Mikroalgen, in Bioreaktoren, die aus transparenten Polyethylenbeuteln ausgebildet sind, ist zum Beispiel aus S. A. Razzak et al., Integrated CO₂ capture, wastewater treatment and biofuel production by microalgae culturing - A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews 27 (2013) 622-653 bekannt. Die schlauchförmigen Beutel werden mit ihren freien Enden aufgehängt, so dass sie einen U-förmig nach unten durchhängenden mittleren Bereich aufweisen, der ein Kulturmedium aufnimmt. Die Algenkulturen in dem Kulturmedium werden mit Hilfe von Luft durchmischt, die am Grund ihres durchhängenden Bereichs in die Beutel eingeleitet wird.
Weiterhin werden in demselben Paper transparente Polyethylenschlauchkörper, die an ihrem unteren Ende konisch zugeschweißt sind, als bekannte Bioreaktoren beschrieben.
Aus der WO 2009/040383 A1 ist ein selbsttragender Bioreaktor mit einem geschlossenen Gehäuse bekannt, das aus einem flexiblen Kunststoffmaterial ausgebildet ist. Bei dem Kunststoffmaterial kann es sich zum Beispiel um Polyethylen oder Polyprophylen handeln. Dieser bekannte Bioreaktor umfasst mehrere Kultivierungskammern, die gemeinsam an einen Kammereinlass und einen Kammerauslass angeschlossen sind. Um dafür zu sorgen, dass der Bioreaktor selbsttragend ist, wird das geschlossene Volumen des Gehäuses mit einem Reaktordruck beaufschlagt, der größer als der Druck in der Umgebung des Bioreaktors ist.
Aus der WO 2013/124326 A1 ist eine Bioreaktoranlage bekannt, bei der ein Bioreaktor mit einem Feststoffabscheider verbunden ist. Der Feststoffabscheider zum Zurückhalten und Rückführen von Feststoffen aus einem Reaktorgemisch aus dem Bioreaktor umfasst einen durchströmten sterilisierbaren Kunststoffbeutel. Innerhalb des Kunststoffbeutels sind in einem oberen Bereich Durchführungen zum Abziehen eines von Feststoffen getrennten Erntestroms aus einem Erntestromsammelbereich, im oberen Segment eines mittleren Bereichs ein Abscheidebereich mit einer Abscheidefläche, im unteren Segment des mittleren Bereichs Durchführungen zur Strömungsverteilung des Reaktorgemischs und im unteren Bereich ein nach unten verjüngter Feststoffsammelbereich zum Sammeln der Feststoffe mit Hilfe der Schwerkraft ausgebildet. Der Feststoffsammelbereich ist nach unten konisch oder pyramidal verjüngt und weist Durchführungen zum Abziehen der Feststoffe auf. Dabei endet der nach unten verjüngte Feststoffsammelbereich in einem Hals, der mit einem Deckel oder Stopfen verschlossen ist, der die Durchführungen aufweist.
Aus der US 2017 / 0044477 A1 ist eine flexible Beutelanordnung zum Kultivieren von Zellen bekannt. Die Beutelanordnung weist einen oder mehrere Beutel auf, die eine Mehrzahl von Kultivierungskammern ausbilden. Dabei ist mindestens ein Ablaufanschluss in mindestens einer Kultivierungskammer zur Verbindung mit einer zweiten Kultivierungskammer nach Öffnen eines Ventils vorgesehen. Die Beutelanordnung ist zur Anordnung auf einem Schaukeltisch vorgesehen.
Aus der US 10 059 918 B2 ist ein Verfahren zum Kultivieren von Mikroalgen in einem flexiblen Bioreaktor bekannt. Der Bioreaktor umschließt einen Innenraum zwischen Reaktorwänden und umfasst Gaszufuhreinrichtungen mit entsprechenden Gaszufuhranschlüssen und Gasführungsleitungen, die sich von den Anschlüssen in den Innenraum erstrecken, sowie mit weiteren Anschlüssen zum Zuführen von Kulturmedium und organischem Kohlenstoffmaterial.
Ein Bioreaktor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 ist aus der DE 697 18 812 T2 bekannt. Der bekannte Bioreaktor weist einen Behälter aus einem aus Polyethylen, Polycarbonat, einem Copolymer von Polyethylen und Nylon, PVC und EVA ausgewählten flexiblen Kunststoffmaterial auf. Der Behälter nimmt ein Kulturmedium auf und umfasst ein Lufteinlassmittel für das Einleiten steriler Luft durch eine Lufteinlassöffnung in das Kulturmedium. Das Lufteinlassmittel umfasst ein Rohr, das mit einer Luftzufuhr verbindbar ist und sich von dort bis zu der Einlassöffnung in einer Position oberhalb des unteren Endes des Behälters erstreckt. Das Rohr besteht aus Silikon oder einem anderen geeigneten Kunststoffmaterial und ist vorzugsweise biegsam. Durch das Kunststoffmaterial des Behälters ist das Rohr hindurchgeführt. Die Einlassöffnung kann bezüglich ihrer Position am unteren Ende des Behälters durch eine Halterung festgelegt sein. Erntemittel des bekannten Bioreaktors umfassen ein weiteres Rohr aus Silikon oder einem anderen geeigneten Kunststoffmaterial mit einem Einlass nahe dem unteren Ende des Behälters. In dem Rohr der Erntemittel ist ein verschließbares Ventil angeordnet.
Aus der DE 10 2005 008 144 A1 ist ein als Reaktor für eine Kultur dienender Beutel bekannt, der einen Fingerbereich mit zumindest zwei fingerartigen, in das Innere des Beutels hineinragenden Einstülpungen aufweist. Der Werkstoff dieses Fingerbereichs des Beutels ist verschweißbar. Zum Entnehmen eines Teils der Kultur sind die Einstülpungen als fingerartige Ausstülpungen herausstülpbar und mittels zweier voneinander über einen zwischen der Ausstülpung und den Rest des Fingerbereichs des Beutels befindlichen Zwischenbereich beabstandeter Dichtbereiche dicht abschweißbar und danach von dem Rest des Beutels durch Schneiden separierbar.
Aus der US 3 257 072 A ist eine Vollblutaufbewahrungsstruktur bekannt, die einen flexiblen Beutel aus transluzentem Material aufweist. Der Beutel weist mehrere Innenbereiche auf, die durch Klemmen voneinander getrennt und durch vorübergehendes Lösen der Klemmen vorübergehend miteinander verbindbar sind.
Aus der DE 689 23 081 T2 ist ein flexibler Behälter für Zellzuchtmedien bekannt. Der Behälter ist aus Weichfolie ausgebildet und weist einen Bereich mit dem abgedichteten Einfüllsegment auf.
Nach dem Füllen des Behälters mit einem Produkt durch eine von dem Einfüllsegment definierte Einfüllöffnung wird ein Teil des flexiblen Behälters verschweißt, um zwei abgedichtete Bereiche zu definieren, von denen einer das Einfüllsegment ist. Danach wird das abgedichtete Einfüllsegment mit der Einfüllöffnung von den verbleibenden Bereichen des Behälters getrennt.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bioreaktor zum Kultivieren von Mikroorganismen, insbesondere von photoautotrophen Mikroorganismen, und dessen Verwendung aufzuzeigen, die ein besonders wirtschaftliches Kultivieren und Ernten der kultivierten Mikroorganismen bei gleichzeitigem Produkt- und Anwenderschutz ermöglichen.
LÖSUNG
Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Bioreaktor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und seine Verwendung gemäß dem Patentanspruch 10 gelöst.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bei dem erfindungsgemäßen Bioreaktor zum Kultivieren von Mikroorganismen mit einem Schlauchkörper aus thermoplastischer Kunststofffolie, der sich von einem unteren Ende zu einem oberen Ende erstreckt und der einen Innenraum umschließt, mit Aufhängeeinrichtungen an dem oberen Ende des Schlauchkörpers und mit Anschlüssen an dem oberen Ende des Schlauchkörpers zum Zuführen von Kulturmedium in den Innenraum und zum Zuführen von Gas in den und zum Abführen von Gas aus dem Innenraum, wobei sich eine an dem Anschluss zum Zuführen von Gas angeschlossene und in den Innenraum einmündende Gasführungsleitung von dem oberen Ende zu dem unteren Ende des Schlauchkörpers hin erstreckt, weist der Innenraum eine an das untere Ende des Schlauchkörpers angrenzende und von einem Rest des Innenraums durch Verschweißen oder Abklemmen des Schlauchkörpers abtrennbare Erntekammer auf.
Der erfindungsgemäße Bioreaktor besteht demgemäß im Wesentlichen aus dem Schlauchkörper. Dieser ist auf wirtschaftliche Weise aus thermoplastischer Kunststofffolie ausgebildet, wobei die Kunststofffolie bereits für die Herstellung des Schlauchkörpers verschweißt sein kann.
So können zur Herstellung des Schlauchkörpers beispielsweise zwei Bahnen der thermoplastischen Kunststofffolie miteinander verschweißt sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Bioreaktor erstreckt sich der Schlauchkörper von dem unteren Ende zu dem oberen Ende und umschließt dabei den Innenraum. Dieser Innenraum weist eine zumindest im Wesentlichen geradlinige und vertikale Haupterstreckungsrichtung auf. Zum Aufhängen des Bioreaktors unter vertikaler Ausrichtung des Innenraums sind an dem oberen Ende des Schlauchkörpers Aufhängeeinrichtungen vorhanden. Dort an dem oberen Ende sind weiterhin Anschlüsse vorhanden, um einerseits Kulturmedium in den Innenraum einbringen zu können und um andererseits Gas in den Innenraum einbringen und auch aus dem Innenraum wieder abführen zu können. Grundsätzlich kann der Bioreaktor bereits bei seiner Herstellung mit einem Teil des Kulturmediums befüllt werden. Der mindestens eine Anschluss zum Zuführen des Kulturmediums muss dann nur noch für das Zuführen des Rests des Kulturmediums und der zu kultivierenden Mikroorganismen geeignet sein. Er kann auch dazu dienen, dem Kulturmedium irgendwelche Zusätze zuzusetzen, die für das Kultivieren der Mikroorganismen von Vorteil sind. Die Anschlüsse zum Zuführen und Abführen des Gases können zum Beispiel bei Mikroalgen zum Zuführen von mit CO₂ angereicherter Luft und zum Abführen von an CO₂ abgereicherter und mit Sauerstoff angereicherter Luft vorgesehen sein.
An den mindestens einen Anschluss zum Zuführen von Gas ist die unterhalb des oberen Endes des Schlauchkörpers in den Innenraum einmündende Gasführungsleitung angeschlossen. Entsprechend erstreckt sich die Gasführungsleitung von dem oberen Ende weg zu dem unteren Ende hin. Das durch die Gasführungsleitung zugeführte Gas kann so neben einer Versorgung der Mikroorganismen auch zu einem Bewegen der Mikroorganismen in dem jeweiligen Kulturmedium genutzt werden.
Erfindungsgemäß umfasst der Innenraum die an das untere Ende des Schlauchkörpers angrenzende Erntekammer. Diese Erntekammer ist von dem Rest des Innenraums abtrennbar, um auf diese Weise Produkte des Kultivierens der Mikroorganismen in dem Bioreaktor, die sich durch Sedimentation in der Erntekammer abgesetzt haben, von einem Überstand von Kulturmedium in dem Rest des Innenraums zu separieren. Bei dem erfindungsgemäßen Bioreaktor ist die Erntekammer so ausgebildet und angeordnet, dass sie entweder durch Verschweißen der thermoplastischen Kunststofffolie des Schlauchkörpers und/oder Abklemmen des Schlauchkörpers abtrennbar ist. Dies bedeutet insbesondere, dass sich keine Bestandteile des Bioreaktors, die das Verschweißen und/oder Abklemmen des Schlauchkörpers behindern würden, über eine die Erntekammer nach oben begrenzende Trennlinie hinweg erstrecken.
Bei dem erfindungsgemäßen Bioreaktor ist die Gasführungsleitung durch Verschweißen des Schlauchkörpers längs mindestens einer sich von dem oberen Ende zu dem unteren Ende des Schlauchkörpers hin erstreckenden Schweißnaht aus der thermoplastischen Kunststofffolie gebildet sein. Auf diese Weise ist die Gasführungsleitung nicht nur besonders kostengünstig bereitstellbar. Sie behindert auch ein Verschweißen und/oder Abklemmen des Schlauchkörpers nicht, selbst wenn das Verschweißen und/oder Abklemmen über die Gasführungsleitung hinweg erfolgt. So kann die Gasführungsleitung bis an den Grund des Innenraums am unteren Ende des Schlauchkörpers und damit auch bis an den Grund der Erntekammer hinab erstrecken, ohne dass das Verschweißen und/oder Abklemmen der Erntekammer hierdurch behindert wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Bioreaktor ist es jedoch bevorzugt, wenn die Gasführungsleitung oberhalb der Erntekammer in den Innenraum einmündet. Wenn dann mindestens eine zwischen dem unteren Ende und dem oberen Ende quer über den Schlauchkörper verlaufende lösbare Klemme die Erntekammer von dem Rest des Innenraums abtrennt, kann die Gasführungsleitung am Grund einer von dem Rest des Innenraums gebildeten Kultivierungskammer des Bioreaktors in den Innenraum einmünden. Die Erntekammer liegt dabei zunächst abgetrennt unter der lösbaren Klemme und ist entsprechend kein Teil der Kultivierungskammer. Durch Lösen der mindestens einen Klemme wird die Erntekammer mit dem Kultivierungsraum verbunden und kann dann das gewünschte Produkt der Kultivierung aus der Erntekammer aufnehmen, bevor die Erntekammer anschließend zum Separieren dieses Produkts durch erneutes Anbringen der mindestens einen Klemme und/oder Verschweißen des Schlauchkörpers abgetrennt wird. Für dieses Abklemmen und/oder Verschweißen des Schlauchkörpers stehen dabei Bereiche des Schlauchkörpers zur Verfügung, die zwar von dem Kulturmedium bzw. dem interessierenden Produkt der Kultivierung benetzt wurden, aber nur für kurze Zeit. Entsprechend sind auf diesen Bereichen des Schlauchkörpers keine Mikroorganismen aufgewachsen, die das Verschweißen des Schlauchkörpers behindern. Vielmehr reicht es für das erfolgreiche Verschweißen des Schlauchkörpers aus, dass es im Wesentlichen flüssige und in der Regel wässrige Kulturmedium durch lokales Verdampfen durch Verdrängen und ggf. Verdampfen eines lokalen Feuchtigkeitsfilms entfernt wird.
Wenn die Erntekammer mit Hilfe einer oder mehrerer Klemmen abgetrennt wird, ist es ebenfalls von Vorteil, dass ein Bereich des Schlauchkörpers für das Abklemmen verwendet werden kann, der nicht mit Mikroorganismen bewachsen ist, weil er unterhalb der ursprünglichen Lage der mindestens einen Klemme liegt.
Wenn die mindestens eine Klemme in ihrer ursprünglichen Lage gegenüber dem Schlauchkörper einen geneigten Verlauf mit einem Steigungswinkel zwischen ihrer Haupterstreckungsrichtung und der Horizontalen von 5° bis 60° oder bevorzugt von 20° bis 40° aufweist, wird mit Hilfe der Klemme ein horizontaler Querschnitt des Innenraums zu dem unteren Ende hin verjüngt. So kann mit Hilfe der Klemme ein Grund der oberhalb angrenzenden Kultivierungskammer einen definierten tiefsten Punkt aufweisen, an dem die Gasführungsleitung einmünden kann, um das Kulturmedium und die enthaltenen Mikroorganismen mit Hilfe des zugeführten Gases in der Kultivierungskammer umzuwälzen.
Auch generell kann ein horizontaler Querschnitt des Innenraums in einem oberhalb der Erntekammer ausgebildeten Trichterbereich zu dem unteren Ende des Schlauchkörpers hin stetig abnehmen. Im Bereich der Erntekammer kann der Innenraum des Schlauchkörpers damit einen geringeren Querschnitt aufweisen als oberhalb des Trichterbereichs. Der Querschnitt der Erntekammer kann aber auch wieder zunehmen, so dass zum Beispiel ein flaschenhalsförmig verengter Bereich des Schlauchkörpers zwischen der Kultivierungskammer und der Erntekammer angeordnet ist, der ein vereinfachtes Abtrennen der Erntekammer durch Verschweißen und/oder Abklemmen erlaubt.
Die Aufhängeeinrichtungen und/oder die Anschlüsse des erfindungsgemäßen Bioreaktors sind insbesondere unter Verschweißen der thermoplastischen Kunststofffolie ausgebildet. Die Aufhängeeinrichtungen können beispielsweise durch ringförmiges Verschweißen von zwei Lagen der Kunststofffolie und Ausbilden eines Lochs durch die beiden Lagen der Kunststofffolie innerhalb der ringförmigen Verschweißung hergestellt werden. Für die Anschlüsse können Durchführungen in die thermoplastische Kunststofffolie eingeschweißt werden. Dabei kann in mindestens einen der Anschlüsse eine selbstabdichtende Membran und/oder ein Sterilfilter integriert sein. Derartige Integrationen von selbstabdichtenden Membranen und Sterilfiltern in in Kunststofffolie eingeschweißte Anschlüsse zählen grundsätzlich zum Stand der Technik.
Wie schon durch das vorzugsweise Verwenden integrierter Sterilfilter angedeutet, ist der erfindungsgemäße Bioreaktor typischerweise in dem Sinne steril, dass der sterile Innenraum des Schlauchkörpers allseitig keimdicht abgeschlossen ist.
Um in dem erfindungsgemäßen Bioreaktor photoautotrophe Mikroorganismen zu kultivieren, ist die Zufuhr von Licht in den Innenraum erforderlich. Dies geschieht vorzugsweise durch die Kunststofffolie hindurch, die entsprechend transparent auszubilden ist. Geeignete transparente thermoplastische Kunststofffolien sind verfügbar und bestehen beispielsweise aus Polyethylen, Polypropylen oder Ethylenvenylacetat. Bei der konkreten Auswahl einer konkreten Kunststofffolie ist darauf zu achten, dass sie eine besonders hohe Transparenz für das Licht aufweist, dass den jeweiligen photoautotrophen Mikroorganismen zugeführt werden soll. d. h. beispielsweise für Sonnenlicht oder einen Wellenlängenbereich des Sonnenlichts, der für die Photosynthese der Mikroorganismen besonders wichtig ist. Dieser Wellenlängenbereich liegt typischerweise im Bereich von 300 nm bis 800 nm.
Bei einer erfindungsgemäßen Verwendung eines erfindungsgemäßen Bioreaktors zum Kultivieren von Mikroorganismen wird die Erntekammer nach dem Kultivieren der Mikroorganismen in dem Bioreaktor unter Zuführen von Gas durch die Gasführungsleitung und dem anschließenden Sedimentieren eines Produkts der Kultivierung in der Erntekammer durch Verschweißen der thermoplastischen Kunststofffolie des Schlauchkörpers und/oder Abklemmen des Schlauchkörpers von dem Rest des Innenraums des Schlauchkörpers abgetrennt. Bei diesem Verschweißen und/oder Abklemmen des Schlauchkörpers kann die Gasführungsleitung verschlossen werden, d. h. das Verschweißen und/oder Abklemmen kann über die Gasführungsleitung hinweg erfolgen, da die Gasführungsleitung aus der thermoplastischen Kunststofffolie durch Verschweißen des Schlauchkörpers längs der mindestens einen sich von dem oberen Ende zu dem unteren Ende des Schlauchkörpers hin erstreckenden Schweißnaht gebildet ist.
Besonders bevorzugt ist es bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Bioreaktors, dass beim Kultivieren der Mikroorganismen die Erntekammer mit der mindestens einen Klemme von dem Rest des Innenraums abgetrennt ist, wobei die Klemme entfernt wird, um das Produkt der Kultivierung durch Sedimentation in die Erntekammer zu überführen.
Danach wird der Schlauchkörper zum Abtrennen der das Produkt der Kultivierung enthaltenen Erntekammer vorzugsweise unterhalb der zuvor mit der Klemme bewirkten Abtrennung der Erntekammer abgetrennt. So erfolgt die Abtrennung der das Produkt der Kultivierung enthaltenen Erntekammer über einen Bereich des Schlauchkörpers hinweg, auf den keine Mikroorganismen aufgewachsen sein können.
Zum Abtrennen der das Kultivierungsprodukt enthaltenden Erntekammer kann der Schlauchkörper wieder mit der mindestens einen Klemme abgeklemmt werden. Diese Klemme kann also nicht nur während des Kultivierens der Mikroorganismen zum Abtrennen der dann noch leeren Erntekammer, sondern auch zum Abtrennen der nach dem Kultivieren durch Sedimentieren befüllten Erntekammer verwendet werden. Darüber hinaus kann diese Klemme grundsätzlich wieder verwendet werden, d. h. in Verbindung mit verschiedenen Schlauchkörpern, die jedoch ihrerseits typischerweise nur zu einer einmaligen Verwendung vorgesehen sind.
Bei der erfindungsgemäßen Verwendung des erfindungsgemäßen Bioreaktors kann die durch Verschweißen und/oder Abklemmen des Schlauchkörpers abgetrennte Erntekammer durch Durchtrennen des Schlauchkörpers zwischen zwei Klemmen oder zwischen zwei Schweißnähten oder zwischen einer Klemme und einer Schweißnaht von dem Rest des Innenraums abgelöst werden. Der Überstand des Kulturmediums in dem Rest des Innenraums kann einer von dem Produkt der Kultivierung getrennten weiteren Verarbeitung oder auch Entsorgung zugeführt werden. Das Durchtrennen des Schlauchkörpers kann beispielsweise durch Durchschneiden oder Durchschweißen erfolgen.
Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs „mindestens“ bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Anschluss die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Anschluss, zwei Anschlüsse oder mehr als zwei Anschlüsse vorhanden sind.
Figurenliste
Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.

1 zeigt einen erfindungsgemäßen Bioreaktor und
2 ist ein Ablaufdiagramm einer erfindungsgemäßen Verwendung des erfindungsgemäßen Bioreaktors.

FIGURENBESCHREIBUNG
Der in 1 gezeigte Bioreaktor 1 weist einen Schlauchkörper 2 aus thermoplastischer Kunststofffolie 3 auf. Konkret kann der Schlauchkörper 2 durch Verschweißen von zwei aufeinander angeordneten Bahnen der Kunststofffolie 3 längs seiner in 1 gezeigten Begrenzungslinien hergestellt sein. Das heißt diese Begrenzungslinien entsprechen sämtlich Schweißnähten 4, längs derer die beiden Lagen der Kunststofffolie 3 miteinander verschweißt sind. Der Schlauchkörper 2 weist ein oberes Ende 5 und ein unteres Ende 6 und eine im Wesentlichen vertikal ausgerichtete Haupterstreckungsrichtung auf. Am oberen Ende 5 sind Aufhängeeinrichtungen 7 für das Aufhängen des Bioreaktors 1 beispielsweise an einem hier nicht dargestellten Haken ausgebildet, indem ein Loch 8 in beiden Lagen der Kunststofffolie 3 von mehreren ringförmigen Schweißnähten 4 umschlossen ist. Weiterhin sind an dem oberen Ende 5 ein Anschluss 9 mit einem eine Membran umfassenden Adapter 10 sowie Anschlüsse 11 und 12 mit integrierten Sterilfiltern 13 vorgesehen. Der Anschluss 9 dient zum Zuführen mindestens einen Teils eines Kulturmediums in einen Innenraum 14 des Bioreaktors 1. Der Anschluss 11 dient zum Zuführen eines Gases in den Innenraum 14, und der Anschluss 12 dient zum Abführen von Gas aus dem Innenraum 14. An den Anschluss 11 schließt eine Gasführungsleitung 15 an, die sich von dem oberen Ende 5 zu dem unteren Ende 6 des Schlauchkörpers 2 hin erstreckt. Die Gasführungsleitung 15 ist durch zwei parallele Schweißnähte 4 begrenzt. Eine Klemme 16 erstreckt sich quer über den Schlauchkörper 2 und klemmt eine unter ihr liegende Erntekammer 17 von einer über ihr liegenden Kultivierungskammer 18 innerhalb des Innenraums 14 ab. Dabei verläuft die Klemme 16 schräg über den Schlauchkörper 2, so dass die Kultivierungskammer 18 einen trichterförmigen Grund 19 aufweist. Am tiefsten Punkt des trichterförmigen Grunds 19 mündet die Gasführungsleitung 15 oberhalb der Klemme 16 in die Kultivierungskammer 18 ein. Durch die Gasführungsleitung 15 in die Kultivierungskammer 18 eingeleitetes Gas durchmischt so in der Kultivierungskammer 18 angeordnetes Kulturmedium und durchmischt sich maximal mit dem Kulturmedium.
Der Bioreaktor 1 gemäß 1 ist zur Kultivierung von Mikroorganismen, insbesondere photoautotrophen Mikroorganismen, wie Mikroalgen, vorgesehen. Dazu werden die Mikroorganismen beim Befüllen 20 des Bioreaktors 1 gemäß 2 zusammen mit dem oder unabhängig von dem Kulturmedium in die Kultivierungskammer 18 eingebracht. Beim anschließenden Kultivieren 21 der Mikroorganismen wird den Mikroorganismen durch die transparente Kunststofffolie 3 hindurch Licht zugeführt, und sie werden mit einem CO₂-haltigem Gasgemisch (z.B. Luft) über den Anschluss 11 versorgt. Überschüssiges, von CO₂ abgereichertes Gas entweicht über den Anschluss 12. Über den Anschluss 9 können während des Kultivierens 21 weitere Substanzen zu dem Kulturmedium in der Kultivierungskammer 18 zugegeben werden. Nach dem Kultivieren 21 erfolgt ein Entfernen 22 der Klemme 16. Dadurch kann ein interessierendes Produkt des Kultivierens 21 in die Erntekammer 17 ablaufen bzw. aus dem Kulturmedium in die Erntekammer 17 hinein sedimentieren. Es versteht sich, dass während dieses Sedimentierens kein weiteres Gas über die Gasführungsleitung 15 zugeführt wird. Nach dem Sedimentieren des interessierenden Produkts der Kultivierung in die Erntekammer 17 erfolgt ein Abtrennen 23 der Erntekammer 17. Dazu kann insbesondere die Klemme 16 wieder angebracht werden. Parallel zu der Klemme 16 kann auch eine weitere Klemme 16 angebracht werden, und zum Ablösen 24 der Erntekammer 17 von dem Rest des Bioreaktors 1 kann der Schlauchkörper 2 zwischen den beiden Klemmen 16 durchtrennt werden. Statt die Erntekammer 17 mit Hilfe von Klemmen abzutrennen, kann sie auch durch Verschweißen der Kunststofffolie 3 zwischen der Erntekammer 17 und der Kultivierungskammer 18 abgetrennt werden. Dabei können parallele Schweißnähte gesetzt werden, zwischen denen die Kunststofffolie 3 dann durchgeschweißt wird. So wird sowohl die Erntekammer 17 nach oben als auch die Kultivierungskammer 18 nach unten verschlossen und die Erntekammer 17 von der Kultivierungskammer 18 abgelöst. Diese Schweißnähte werden vorzugsweise in einem Bereich gesetzt, der unterhalb der Klemme 16 gemäß 1 während des Kultivierens 21 lag, so dass dort während des Kultivierens 21 20 keine Mikroorganismen aufwachsen konnten, die ein dichtes Verschweißen der Kunststofffolie 3 behindern könnten.
Bezugszeichenliste

1: Bioreaktor
2: Schlauchkörper
3: Kunststofffolie
4: Schweißnaht
5: oberes Ende
6: unteres Ende
7: Aufhängeeinrichtungen
8: Loch
9: Anschluss
10: Adapter mit Membran
11: Anschluss
12: Anschluss
13: Sterilfilter
14: Innenraum
15: Gasführungsleitung
16: Klemme
17: Erntekammer
18: Kultivierungskammer
19: trichterförmiger Grund
20: Befüllen
21: Kultivieren
22: Entfernen
23: Abtrennen
24: Ablösen

Claims

Bioreaktor (1) zum Kultivieren (21) von Mikroorganismen mit - einem Schlauchkörper (2) aus thermoplastischer Kunststofffolie (3), der sich von einem unteren Ende (6) zu einem oberen Ende (5) erstreckt und der einen Innenraum (14) umschließt, - Aufhängeeinrichtungen (7) an dem oberen Ende (5) des Schlauchkörpers (2) und - Anschlüssen (9, 11, 12) an dem oberen Ende (5) des Schlauchkörpers (2) zum Zuführen von Kulturmedium in den Innenraum (14) und zum Zuführen von Gas in den und zum Abführen von Gas aus dem Innenraum (14), - wobei sich eine an den Anschluss (11) zum Zuführen von Gas angeschlossene und in den Innenraum (14) einmündende Gasführungsleitung (15) von dem oberen Ende (5) zu dem unteren Ende (6) des Schlauchkörpers (2) hin erstreckt, dadurch gekennzeichnet, - dass der Innenraum (14) eine an das untere Ende (6) des Schlauchkörpers (2) angrenzende und von einem Rest des Innenraums (14) durch Verschweißen und/oder Abklemmen des Schlauchkörpers (2) abtrennbare Erntekammer (17) aufweist und - dass die Gasführungsleitung (15) aus der thermoplastischen Kunststofffolie (3) durch Verschweißen des Schlauchkörpers (2) längs mindestens einer sich von dem oberen Ende (5) zu dem unteren Ende (6) des Schlauchkörpers (2) hin erstreckenden Schweißnaht gebildet ist.
Bioreaktor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasführungsleitung (15) oberhalb der Erntekammer (17) in den Innenraum (14) einmündet.
Bioreaktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine zwischen dem unteren Ende (6) und dem oberen Ende (5) quer über den Schlauchkörper (2) verlaufende lösbare Klemme (16) die Erntekammer (17) von dem Rest des Innenraums (14) abtrennt.
Bioreaktor (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Klemme (16) einen geneigten Verlauf mit einem Steigungswinkel zwischen ihrer Haupterstreckungsrichtung und der Horizontalen von 5° bis 60° aufweist.
Bioreaktor (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Klemme (16) einen geneigten Verlauf mit einem Steigungswinkel zwischen ihrer Haupterstreckungsrichtung und der Horizontalen von 20° bis 40° aufweist.
Bioreaktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein horizontaler Querschnitt des Innenraums (14) in einem oberhalb der Erntekammer (17) ausgebildeten Trichterbereich zu dem unteren Ende (6) hin stetig abnimmt.
Bioreaktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufhängeeinrichtungen (7) und/oder die Anschlüsse (9, 11, 12) unter Verschweißen der thermoplastischen Kunststofffolie (3) ausgebildet sind.
Bioreaktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einen der Anschlüsse (9, 11, 12) eine selbstabdichtende Membran und/oder ein Sterilfilter (13) integriert ist.
Bioreaktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffolie (3) zumindest in einem Teilbereich der Wellenlängen zwischen 300 nm bis 800 nm transparent ist.
Verwendung eines Bioreaktors (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Kultivieren (21) von Mikroorganismen, dadurch gekennzeichnet, dass die Erntekammer (17) nach dem Kultivieren (21) Mikroorganismen in dem Bioreaktor unter Zuführen von Gas durch die Gasführungsleitung (15) und dem anschließenden Sedimentieren eines Produkts der Kultivierung in der Erntekammer (17) durch Verschweißen und/oder Abklemmen des Schlauchkörpers (2) von dem Rest des Innenraums (14) des Schlauchkörpers (2) abgetrennt wird.
Verwendung nach Anspruch 10 eines Bioreaktors (1) nach Anspruch 2 oder einem der auf Anspruch 2 rückbezogenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasführungsleitung (15) durch das Verschweißen und/oder Abklemmen des Schlauchkörpers (2) verschlossen wird.
Verwendung nach Anspruch 10 eines Bioreaktors (1) nach Anspruch 4 oder einem der auf Anspruch 4 rückbezogenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Kultivieren (21) der Mikroorganismen die Erntekammer (17) mit der mindestens einen Klemme (16) von dem Rest des Innenraums (14) abgetrennt ist und dass zum Sedimentieren des Produkts der Kultivierung in der Erntekammer (17) die mindestens eine Klemme (16) entfernt wird.
Verwendung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abtrennen (23) der das Produkt der Kultivierung enthaltenden Erntekammer (17) der Schlauchkörper (2) unterhalb der zuvor mit der Klemme (16) bewirkten Abtrennung der Erntekammer (17) abgetrennt wird.
Verwendung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abtrennen (23) der das Kultivierungsprodukt enthaltenden Erntekammer (17) der Schlauchkörper (2) mit der mindestens einen Klemme (16) wieder abgeklemmt wird.
Verwendung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die abgetrennte Erntekammer (17) durch Durchtrennen des Schlauchkörpers (2) zwischen zwei Klemmen (16) oder zwischen zwei Schweißnähten oder zwischen einer Klemme (16) und einer Schweißnaht von dem Rest des Innenraums (14) abgelöst wird.