DE1442223A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung einer chemischen Substanz auf fermentativem Weg - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung einer chemischen Substanz auf fermentativem WegInfo
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Description
fATINTANWAlT ttUtl TI»AN<Jt* Ii DA—406
zu der Patentanmeldung 1 A A 2 2 2
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
1U2223
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 kursf 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
909845/0101 . -,
BAD ORIGINAL
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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.
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.
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Claims (9)
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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.10- U42223
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.
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.
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.
909845/0101
Leerseite
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