DE1442223A1

DE1442223A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung einer chemischen Substanz auf fermentativem Weg

Info

Publication number: DE1442223A1
Application number: DE19651442223
Authority: DE
Inventors: Ryder Elizabeth Nancy; Alastair Strang
Original assignee: Courtaulds PLC
Current assignee: Akzo Nobel UK PLC
Priority date: 1964-01-15
Filing date: 1965-01-15
Publication date: 1969-11-06
Also published as: BE658395A; GB1085901A; FR1420954A; NL6500268A

Description

Diu OTMAR DITTMANN .München»

fATINTANWAlT ttUtl TI»AN<Jt* Ii DA—406

T[LICIAMMADtItSi: DIfTrATENT Beschreibung

zu der Patentanmeldung 1 A A 2 2 2

COURTAULDS LIMITED

18, Hanover Square, London W» 1·, England

betreffend

▼erfahren und Vorrichtung gur Erzeugung einer chemischen Bubstans auf fermentative« Weg.

Die Erfindung besieht sich auf ein Fermentierungeverfahren ■it Hilfe einer kontinuierlich untergetauchten Kultur und auf «ine Torrichtung but Durchführung dieses Verfahrene.

FementierungeTerfahren sur Herstellung chemischer Verbindungen nach biochemischen Reaktionen bestehen in wesentlichen aus der Erzeugung einer Kultur eines Organismus, vorauf ■an anschliefiend den Organismus das Hahraaterial in einen Gefäß in das gewünschte Produkt uliwandeln läßt. Bei eines solchen Verfahren kamt beispielsweise für die Herstellung von Itaconeäure aus Glukose der Organismus Aspergillus terreus oder Ispergillus itaoonious verwendet werden.

§00045/0101

Um die größtmögliche umwandlung des Nährmaterials' in das gewünschte Produkt bei einer brauchbaren wirtschaftlichen Geschwindigkeit zu erreichen, ist es vorzuziehen, daß die Produktion der Kultur für den Organismus nicht mehr Zellen ergibt als sie erforderlich sind um etwa die gewünschte Umwandlung bei der annehmbaren Geschwindigkeit zu erzielen« Sa es bei einer kontinuierlichen Herstellung einer chemischen Substanz durch Fermentierung nicht erwünscht ist, zu große Mengen des Organismus selbst zu erzeugen, kann das Yerfahren als ein empfindliches Gleichgewicht iron zwei voneinander abhängigen Stufen angesehen werden, bei dem eine Zellenproduktion auf der einen Seite und das Fermentierungsprodukt auf der anderen Seite auftritt. Die besten Bedingungen für die Zellenproduktion und für die Bildung des Fermentierungeprodukts können unterschiedlich sein, so daß bei den diskontinuierlichen bzw. chargenweise arbeitenden Fermentierungasystemen ein Kompromiß geschlossen werden muß. Sie vorliegende Erfindung bezieht sich auf die kontinuierliche Durchführung von Fermentlerungsverfahren, wobei ein Gleichgewicht zwischen der Zellbildung und der Entstehung des Feraentierungsprodukts aufrechterhalten wird.

Brfindungsgemäß besteht ein kontinuierliches Verfahren für die Herstellung einer chemischen Substanz durch Tvraentierung darin· daß man eine lährflüaeigJceit wenigsten« einer XeIl·η-produktionastuf· sufUhrt, an der eine Kultur eines Äkroorganiaaua anwesend let und aas da· Fer»«ntierungaa*diue von der Zellraproduktionsatufe oder von den Z*ll#nproduktion»«tuf«n

BADORlGiNAL

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zu wenigstens einer Stufe für die Herstellung des Fermentierungeprodukts überführt, an der kein weiteres Nähmedium zugegeben wird.

Die Zellenproduktion und die Entstehung des Fernentierungsprodukts finden jeweils in wenigstens einer Stufe statt· Die Anzahl der Stufen für jeden Verfahrene β ohritt hängt von verschiedenen Taktoren ab, wie de« Tj-p des Organismus, der Folge Ton Arbeitsschritten und der Durchsatzgeschwlndigkeit bzw. •-menge. Vorzugsweise werden jedoch zwei Zellenproduktionsstufen ▼erwendet. Mormalerweise werden die Stufen Voneinander unter Verwendung von verschiedenen OefäSen für jede Stufe getrennt, doch können gegebenenfalls auch unterteilte große Stufen angewendet werden.

Die Erfindung erstreckt eich auch auf eine Vorrichtung eur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens. Sine Vorrichtung zur Durchführung des Vermentierungsverfahrens umfaßt zwei oder mehrere Pernentierungsgefäße und ein Oberführungeventil zwischen je zwei Gefäßen, wodurch das Fermentierungsmedium zwischen dem einen und dem anderen Gefäß abgemessen werden kann, und wobei das Verschlufiglied des Überführungsventile eine Höhlung besitzt, die bei einer Stellung des Verschlußglieds mit dem Medium in einem Gefäß zum füllen der Höhlung in Verbindung steht und bei der anderen Stellung des Verschlußglied· mit dem darauffolgenden Gefäß zur Entleerung der Höhlung in Verbindung steht.

909041/0101 BADORiGiNAt

Das für das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise verwendete Ventil ist ein Ventil vom Drehtyp und ist insbesondere ähnlich aufgebaut wie ein Drehstöpselventil (rotary plug) oder ein Ventil mit einem Kugelsperrhahn (ball-cock) mit der Ab-' weichung, daß das Vereehlußglied nicht mit einem vollständigen Durchgang für den Durchtritt dee Fluds versehen ist, sondern eine geeignete Höhlung enthält, die jeweils nur mit einem Weg in Verbindung steht. Der Betrieb des Ventile kann auf jede geeignete Weise erfolgen, wenn sie sich mit der Anforderung vereinen IaBt, daß die beiden Gefäße alternativ mit der Höhlung in solcher Weise verbunden werden, daß das Plud von einem Gefäß in die Höhlung in eine Lage strömt und dann von der Höhlung in das andere Gefäß in eine zweite Lage geleitet wird. Die β kann besonders zweckmäßig dadurch geschehen, daß die beiden Gefäße in verschiedener Höhe angeordnet sind, so daß das Plud über das Überführungeventil von einem Gefäß in das andere unter Einwirkung der Schwerkraft strömt·

Das bevorzugte OberfUhrungsventil ist eines vom Dr eh typ, jedoch iet zu bemerken, daß die aufeinanderfolgenden Arbeitsschritte auch dadurch eingeleitet werden können, daß man eine kontinuierliche Drehbewegung oder eine oscillierende Drehbewegung durchführt«

Durch Verwendung der Vorrichtung ergibt sich ein gedrängtes UberfUhrungssystem, mit dem genau gesteuerte Mengen an Fermentierungsmedium überführt werden können, die im wesentlichen gleichmäßige Zusammensetzung beslteen und «ine ZusaJBseneetsung

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aufweisen, die ie wesentlichen identisch ist ait der des Stamm-■ediums; die Menge an totem Raum kann in dem überführungs- system auf ein Minimum verringert werden. Die Beseitigung von unnötigem totem Hau* ist von besonderer Bedeutung bei fexmentlerungsverfehren mit Hilfe von aeroben Mikroorganismen ι die Übertragungsseit ist sehr kurs_f so daß den Organismen Sauerstoff in der praktisch kürzesten Zeit entsogen wird·

Eine form eines Überführungeventils wird nun an Hand eines Beispiels einer typischen Ausführungsform unter Hinweis auf die beigefügte Zeichnung beschrieben wobei die einsige figur eine schematische Darstellung von swei fermentierungegeflfien enthält, von denen das eine über dem anderen mit einem überführungsrentil «wischen den beiden Gefäßen angeordnet ist·

ffaoh der Zeichnung 1st ein fermentlerungsgefie 1₉ welches das fermentierungsmedlum enthält, mit einer Auslaßöffnung 2 versehen, die mit dem Gehäuse 3 eines Drehstöpselventils 4 in Verbindung steht. Letzteres besitzt eine Höhlung 5 und 1st in den Dichtungsringen 6 und 6* mit Hilfe einer Welle 7 drehbar, die von einem geeigneten (nicht gezeigten) Mechanismus angetrieben wird und durch eine Stopfbüchse 8 im Gehäuse 3 hindurchragt. Das Gehäuse 3 ist mit einem Auslaß 9 versehen, der in ein zweites fermentlerungsgefäfi 10 mündet.

Beim Betrieb des Überführungsventils füllt es sich während der in der Zeichnung dargestellten Lage mit Flud aus dem Gefäß 1, wobei Luft aus der Höhlung 5 verdrängt wird; wenn die Welle 7

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ao gedreht wird, daß die Höhlung 5 mit der öffnung 9 in Verbindung kommt, fließt das Flud aus der Höhlung durch den Auslaß 9 in das Gefäß 10.

Ein Verfahren zur Herstellung von Itaconsäure aus Glukose ist in dem folgenden Beispiel erläutert.

BEISPIEL

Zwei gefäße A und B mit einem Arbeitsfüllraum von 3 bzw. 5 1 enthielten ein Fermentierungsmedium, welches bei der kontinuierlichen ?eimentierung zur Herstellung von Itaconsäure aus Glukose verwendet wird.

Sin Inoculum des Organismus Aspergillus terreus wurde aus Sporen der Organismen hergestellt, die in einer wässrigen Lösung der folgenden Zusammensetzung suspendiert waren:

Glukose	60	β/1
Ammoniumsulfat	5,0	β/ι
Magnesiumsulfat	0,8	β/ι
Einweichwasser aus der MaiBstärkeherstel·» lung (Corneteep liquor)	• 1,5	βΑ
Itaconsäure	1,0	β/ι

Die Suspension wurde in einer warmen Atmosphäre mehrere Stunden lang gerührt, bis die Sporen unter Bildung τοη !$ycelium gekeimt hatten.

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350 al der Mycelluesuspension wurden zu 3750 ml einer wässrigen Lösung der oben angegebenen Zusammensetzung in das Gefäß A gegeben.

Bas Gefäß A wurde Bit des Gefäß B mit KiIfe einer übertragungs-Yorrichtung verbunden und beide Gefäße wurden kontinuierlich gerührt und mit einer Menge von 1 l/Min, belüftet. Die Gefäße waren auch «it Gasauelässen so versehen, daß ein gegenüber dem Ataosphärendruck etwas gesteigerter Druck in den Gefäßen aufrechterhalten wurde·

Bine lährlueung der oben angegebenen Zusammensetzung, jedoch ■it der Abweichung, daß der Glukoeegehalt auf 40 g/l verringert war, wurde in das Gefäß A kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit τοη 123,5 al/Std. gegeben. Die Flüssigkeit wurde aus dem Gefäß A kontinuierlich in dae Gefäß B eingemeeeen und vom Gefäß B mit der gleichen Durchschnittsgeschwindigkeit von 123,5 ei/8td. entnommen.

Mach ungefähr 70 Stunden langem Verfahrenslauf wurde ein Gleichgewichtesustand erreicht. Die Flüssigkeit, welche das Gefäß A verlies und in dae Gefäß B gelangte, besaß eine durchschnittliche Konsentration von 25 g/l Glukose und 10 g/l Organlaauesellen.

, welche da« Gefäß B verließ, hatte eine durch-

Bchnittliche Konzentration von 10 g/l Organismussellen mit 12 bie 15 oder mehr Graaa Itaconsäure und weniger als 5,0 g/l Glukose.

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Bei den Beispiel hat sich gezeigt, daß die Zellenherateilung unter Xontrolle gehalten imrde »it des Srgebnis, daß das Produkt in besserer Auebeute bei den späteren Stufen erhalten wurde. Zusätzlich war es möglich, die notwendigen Kulturbe- 'dingungen aufrechtzuerhalten, welche für die Funktionetüohtigkeit jeder Stufe geeignet waren.

PatentanaprBohe

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Claims

ii ~9~ UA2223 Patentansprüche

1. Verfahren sur kontinuierlichen Herstellung einer chemischen Substanz durch Fermentierung, wobei das lermentierungsmedium kontinuierlich von wenigstens einer Zellenproduktlonsstufe, an der eine Kultur eines Mikroorganismus anwesend ist, zu wenigstens einer Stufe geführt wird, bei der sich das Fermentierungsprodukt bildet, dadurch gekennzeichnet, daß man das lährmedlura nur der oder den Stufen für die Zellenproduktion zugibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man wenigstens zwei Zellenproduktionsstufen anwendet·

3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Hährflüasigkeit verwendet, die Glukose enthält und als chemische Substanz Itaconsäure herstellt ο

4. Verfahren nach Anspruch 5 t dadurch gekennzeichnet, daß man als Mikroorganismus Aspergillus terraus oder Aspergillus itaconicus verwendet·

5. Vorrichtung zur Durchführung dea kontinuierlichen Verfahrene nach Anspruch 1 bis 4, wobei zwei oder mehrere Permentierungsgefäße nacheinander mit einem Oberführungsventil

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verbunden sind, dadurch gekennzeichnet , daß dae Verschlußglied dea Überführungsventils eine HOhlung besitzt, welche bei einer Stellung das Yerschlußglied mit dem Medium in einem Gefäß zum Füllen der Höhlung in Verbindung
steht und bei einer anderen Stellung des YerschluBglieds zur Entleerung der Höhlung Bit dem darauffolgenden Gefäß in Verbindung steht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet ,daß das tlberführungsventil ein Drehventil ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein Drehstöpsel- oder Kugelsperr hahnventil ist, wobei dae Verschlußglied eine Höhlung trägt, die jeweils nur mit einem Plud in Verbindung steht»

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gefäße so angeordnet sind, daß das Flud von einem Gefäß durch das Überführungsventil in das darauffolgende Gefäß unter Steuerung des ÜberfUhrungsventils unter dem Einfluß der Schwerkraft fließt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der aufeinanderfolgende Betrieb des
ÜberführungsventilB durch kontinuierliches Drehen des Ventilverechlußglieda bewirkt wird.

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10· Vorrichtung nach Anspruch 5 tile 8, dadurch ge· kennzeichnet, daß der aufeinanderfolgende Betrieb de« ttoerftflmmgerentili durch oscllllereiide Bewegung des TersohlufiilieAe bewirkt wird.

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