DE19507456A1 - Verfahren und Anordnung zur Durchführung biotechnologischer Prozesse unter Kultivierung aerober Organismen in hoher Zelldichte - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Durch­ führung biotechnologischer Prozesse unter Kultivierung aerober Organismen in hoher Zelldichte im Durchlaufver­ fahren in einem Zyklonreaktor mit einem Zyklondurchmes­ ser : Einlaufdurchmesser-Verhältnis < 10, dem am oberen Ende tangential flüssiges Medium mit einer Beschleuni­ gungskennziffer (Zentrifugalbeschleunigung/Erdbeschleunigung) bis zu 25 zugeführt wird, in das sauerstoffhaltiges Gas gemischt ist und/oder dem sauerstoffhaltiges Gas über die Man­ telfläche des Reaktors zugeführt wird und das vom unte­ ren Ende des Reaktors entnommen und über einen äußeren Rezyklierungsumlauf auf Prozeßbedingungen gebracht wird, während vom oberen Ende des Reaktors akkumulier­ tes Gas entfernt wird, wobei mit einem Leistungseintrag im Kreislauf von 4-40 kW/m³ gearbeitet wird, sowie eine dafür geeignete Anordnung.

Biotechnologische Prozesse, insbesondere Fermentations­ prozesse, die unter Kultivierung von Mikroorganismen oder Zellen ablaufen, bedürfen insbesondere bei Arbeit mit hohen Zelldichten einer intensiven Sauerstoffzu­ fuhr.

Es sind daher bereits unterschiedliche Techniken zur Steigerung des Sauerstoffeintragsvermögens für Fermen­ tationsprozesse bekannt, die einzeln oder in Kombina­ tion angewandt werden können:

• 1. Eine Vergrößerung des treibenden Konzentrationsge­ fälles durch Erhöhung des Sauerstoffpartialdrucks im Reaktor mit möglichst großem hydrostatischen Druck ("Turmbiologie"), durch Reaktionen unter höheren Drücken ("Druckfermentation") und durch Begasung mit sauerstoffangereicherter Luft bis hin zum Einsatz von reinem Sauerstoff.
• 2. Eine Vergrößerung der volumenspezifischen Stoffaus­ tauschfläche a durch möglichst feine Dispergierung der Gasphase im gesamten Reaktor unter Vermeidung von Koaleszenz ("Spaltinjektoren", "Radialstromdüsen" mit Leitblechen).
• 3. Eine Verringerung des Stofftransportwiderstands auf der Flüssigkeitsseite 1/k_L durch Erhöhung des Energie­ eintrags (z. B. "Strahlschlaufenreaktoren").
• 4. Höchste Sauerstoffeintragsraten werden im Zentrifu­ galreaktor erreicht: Hierbei wird eine dampfsterili­ sierbare Siebzentrifuge als Reaktor eingesetzt (H. Voit, A. Mersmann, Chem. Ing. Techn. 61, 5 (1989) S. 416-417). Bei 50facher Erdbeschleunigung lassen sich im Zentrifugalbioreaktor bei der Begasung mit Luft Sau­ erstoffeintragsraten von bis zu 100 g/(l_*h) verwirkli­ chen (Newtonsche Medien, k_La = 10 h^-1). Dies ist neben der Intensivierung des Phasenkontakts (k_L-Erhöhung) und der Feindispergierung der Gasblasen (a-Erhöhung) auf die lokale Erhöhung des Sauerstoffpartialdrucks (Erhöhung des treibenden Konzentrationsgefälles) im Zentrifugalfeld zurückzuführen.

Bekannt ist auch bereits ein Zyklon-Säulenreaktor (P.S.S. Dawson, Biotechnol. & Bioeng. Symp. No. 4 (1974) 809-819), bei dem eine Zyklon-Säule in einen Kreislauf für das flüssige Medium eingeschaltet ist, das am Säulenkopf tangential zugeführt wird und sich schraubenartig als "bewegter" Film längs der Säulenwand abwärts bewegt unter lebhaftem Gasaustausch mit dem am Reaktorboden zugeführten Gas.

Diese bereits längere Zeit bekannte Zyklonsäulentechnik wurde von J.D. Sheppard u. a. (J. Chem. Tech. Biotech­ nol. 59 (1994) 83-89) aufgegriffen und in einer Scale- up Version von 75 l Kapazität des Reaktors untersucht. Bei der Scale-up Einheit wurde die Säule verkürzt und dafür mit Luftinjektion in einem starb vergrößerten Kreislauf an zumindest zwei Stellen unter Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit der Förderpumpe gesorgt. Auf diese Weise wurde eine mit dem Zyklonsäulenreaktor ver­ gleichbare Fermentationsleistung erreicht, die als ähn­ lich zum herkömmlichen Rührkesselreaktor bezeichnet wird.

Eine höhere Effizienz scheint der von H.Voit et al. (s. o.) beschriebene Zentrifugalreaktor zu besitzen, der in der DE 39 05 609 A1 in Verbindung mit einem Zyklon­ entschäumer näher beschrieben wird.

Eine für biotechnologische Prozesse brauchbare Verfah­ rensweise mit einem im Kreislauf betriebenen Zyklonre­ aktor der eingangs spezifizierten erfindungsgemäßen Art ist mithin bislang nicht in Betracht gezogen worden.

Gemäß der Erfindung wird durch intensiven Tangen­ tialeintrag in den Zyklonreaktor bei relativ niedrigem Durchmesserverhältnis von Zyklon zu Zykloneinlauf mit Beschleunigungskennziffern bis zu 25 (insbesondere 2-25) gearbeitet unter Verwendung von Verdrängerpum­ pen wie Drehkolbenpumpen Exzenterschneckenpumpen, Sine-Pumpen oder Taumelscheibenpumpen oder auch Peristaltikpumpen und Doppelmembranpumpen unter Erzie­ lung von Sauerstofftransportkoeffizienten K_La bis zu 3000 h^-1 (bei Gasinjektion im Umlauf) bzw. bis 25 000 h^-1 (bei Gaszufuhr über den Zyklonmantel).

Durch die Anordnung eines Prallkörpers im unteren Be­ reich wird die Ausbildung des Sekundärwirbels geför­ dert, so daß insgesamt die volumenspezifische Be­ gasungsmenge verringert werden kann, was zur Einsparung von Energie und Milderung von Schaum- und Abgasproblemen führt.

Besonders zweckmäßig ist ein Prallkörper in Form eines Tellers, der ggf. gleichzeitig - allein oder ergänzend - als Gasverteiler bzw. Begasungseinrichtung wirken kann oder in Form eines mit der Spitze nach unten weisenden Kegels, der auch ggf. - mit poröser Basis - dem Gasein­ trag dienen kann.

Der erfindungsgemäße Zyklonreaktor kann jedoch auch ohne Prallkörper im unteren Bereich vorgesehen werden, wobei dann erhöhte Gasanteile in den Rezyklierungskreis gelangen können, was bisweilen für die ausreichende Sauerstoffver­ sorgung empfindlicher Zellsysteme auch im Rezyklierungs­ kreis erwünscht sein kann.

Auch bei erhöhtem Gaseintrag über den Prallkörper oder über einen perforierten Zylindermantel des Zyklons kann ein Teil des zugeführten Gases in den Kreislauf gedrückt werden. Hierdurch wird auch bei hohen Zelldichten eine Sauerstoffversorgung im Kreislauf sichergestellt, da die Speicherkapazität der Flüssigphase für Sauerstoff sehr be­ grenzt ist. Eine genaue Quantifizierung ist nicht möglich, da die Stoffdaten gas/flüssig den Umlauf-Gasanteil wesent­ lich beeinflussen.

Besonders zweckmäßig ist die Einbeziehung einer Mikro­ filtration in den Rezyklierungskreis zur Steigerung der Zelldichten, wobei z. B. mit Röhrenmodulen gearbeitet wer­ den kann und die Überströmgeschwindigkeit dem Tangential­ einlauf in den Zyklonreaktor angepaßt ist.

Alle Meßsonden für Temperatur, pH-Wert, pO₂, Trübung etc. sowie alle Zu- und Abläufe der Flüssigphasen (Substrate, Korrekturmittel, Produkt) werden vorzugs­ weise im Umlauf installiert, um das Strömungsfeld im Zyklonreaktor nicht zu stören.

Eine Anordnung zur Durchführung biotechnologischer Pro­ zesse gemäß der Erfindung unter Kultivierung aerober Organismen in hoher Zelldichte ist gekennzeichnet durch einen Kulturflüssigkeitskreislauf mit Elementen zur Re­ gelung der Prozeßbedingungen für einen als Zyklon aus­ gebildeten, in den Kreislauf integrierten Reaktor mit Gasentnahme am Kopf und Flüssigkeitsentnahme am Boden, dessen oberer Tangential-Einlauf mit einer im Kreislauf vorgesehenen Pumpe für einen Leistungseintrag für Beschleunigungskennziffern (z_Einlauf) bis zu 25 (Zentrifugalbeschleunigung/Erdbeschleunigung) in Verbin­ dung steht und vor dessen unterem Ende ein Prallkörper zur Unterstützung des Sekundärwirbels angeordnet sein kann und durch Mittel zur Begasung im Kreislauf vor dem Tan­ gentialeinlauf zum Zyklonreaktor und/oder über perforierte Gasverteilerflächen im Reaktor.

Anwendungsgebiete für die erfindungsgemäße Technik sind:
die Bioverfahrenstechnik zur effektiven Herstellung mi­ krobieller niedermolekularer Metabolite (z. B. organi­ sche Säuren, Aminosäuren, Vitamine) sowie Exoenzymen (z. B. Proteasen, Amylasen) und zur effektiven Herstel­ lung rekombinanter Proteine in Hochzelldichte-Fermenta­ tionen;
die biotechnologische Forschung zur Kultivierung hoher Zelldichten unter definierten, nicht sauerstofflimi­ tierten Bedingungen.

Weitere Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen sowie aus der nachfolgenden Be­ schreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen, die schematisch vier Varianten einer erfindungsgemäßen Anordnung wiederge­ ben.

Gemäß Fig. 1 ist ein Zyklonreaktor 1 mit unterem (hohlen) Prallkegel 2 in einen Kulturflüssigkeitsumlauf einbezo­ gen, der vom unteren Ende 3 des Zyklons abzweigend über eine Pumpe 4 geleitet wird, mit einem Auslaß für zell­ haltige Flüssigkeit 5 sowie einer Mikrofiltration 6, insbesondere in Form von Rohrmodulen zur Abgabe von Filtrat über 7, während bei 8 insbesondere ergänzendes Kulturmedium eingespeist werden kann. Mit 9 ist eine Gasinjektion angedeutet für die Gaszufuhr über 10. Das daraufhin erzielte Flüssigkeitsgasgemisch tritt bei 11 tangential in den Zyklonreaktor ein, in dem sich ein Flüssigkeitsspiegel, etwa wie angedeutet, ausbildet. Das oberhalb desselben akkumulierte Gas tritt bei 12 über ein Tauchrohr 13 aus dem Reaktor aus. Dieses Tauchrohr kann mit (nicht dargestellten) Schaumzerstörerelementen unterhalb des Gasauslasses versehen sein, etwa in, Form von Dreiecken, die in den Gasraum hineinragen. Die Gasinjektion kann auch zwischen Pumpe und Filter Vorgesehen sein.

Fig. 2 und 3 zeigen Varianten zu der soeben erläuterten Ausführungsform, bei denen die Begasung, wie angedeutet, über die porös ausgebildete Zyklonwand bzw. die poröse Basis des Prallkegels erfolgt.

Gemäß Fig. 4 ist die Flüssigkeitsentnahme aus dem Zy­ klonreaktor abgewandelt, und zwar wird flüssiges Kul­ turmedium aus dem Zyklonreaktor über ein Tauchrohr 14 vom geschlossenen Boden des Zyklonreaktors 1 entnommen, das durch den Prallkegel 2 und das Tauchrohr 13 zur Gasentnahme hindurchgeführt ist.

Beispiel Zyklon-Reaktor für Labor-Fermentationen gemäß Fig. 4

Dieser Zyklon-Reaktor besitzt einen Innendurchmesser von 70 mm und eine zylindrische Länge von 190 mm. Der Einlauf-Durchmesser beträgt 9 mm. Der Prallkegel (Winkel in der Kegelspitze 130°) vor dem Unterlauf hat einen Durchmesser von 62 mm, so daß über einen Ringspalt von 4 mm der gasfreie Unterlauf in das Axialrohr nach oben abgesaugt werden kann (Fig. 4), Die Durchmesserreduzierung vom zylindrischen Teil des Zyklon-Reaktors zum Zentralrohr (Innendurchmesser 9 mm) erfolgt über eine Länge von 10 mm. Das Tauchrohr am Kopf des Zyklon-Reaktors zur Entnahme der Gasphase ist 5 mm eingetaucht und hat einen Innendurchmesser von 30 mm. Die Gasentnahme aus dem nach oben abgeschlossenen Tauchrohr erfolgt seitlich mit einem Rohrdurchmesser von 9 mm. Durch den Deckel des Tauchrohrs ist zentral das Saugrohr des Unterlaufs durchgeführt. Der gesamte Zyklon-Reaktor ist aus Glas gefertigt.

Direkt neben dem Tauchrohr ist eine SCHOTT GL Verschraubung angebracht, die zur Aufnahme einer kontinuierlichen Niveausonde (potentiometrisches Meßprinzip) dient, um das Flüssigphasen-Volumen im Zyklon-Reaktor einzustellen (Arbeitsvolumen 800 ml).

Alle anderen Meßsonden (Temperatur pH, pO₂, Trübung), sowie alle Zu- und Abläufe der Flüssigphasen (Substrat, Korrekturmittel, zellhaltiger Ablauf) sind im Umlauf integriert.

Auf der Druckseite der Umlaufpumpe (Filtron - Sinus - Pumpe) ist ein Mikrofiltrationsmodul (keramisches Rohrmodul mit 19 Kanälen, Kanaldurchmesser 2,7 mm, Austauschfläche 0,14 m²) installiert. Danach erfolgt der Lufteintrag über ein Sinterrohr, bevor der Umlaufstrom über einen Wärmetauscher wieder tangential in den Zyklon-Reaktor eingespeist wird. Damit ergibt sich ein Gesamt-Arbeitsvolumen von 1,5 l.

Bestimmung des Sauerstoff-Transportkoeffizienten (k_La)

Der k_La-Wert wurde nach der stationären Methode mit Medium ohne Zellen bestimmt, indem der in den Zyklon-Reaktor eingetragene Sauerstoff extern in einem Stripper mit Stickstoff wieder entfernt wurde (Stickstoffdesorptionsmethode).

Bei verschiedenen Beschleunigungskennziffern z und unterschiedlichen volumetrischen Gaseintragsraten wurde der k_La-Wert bestimmt. Die Flüssigvolumenströme wurden zwischen 400 und 700 l/h variert, die Luftvolumenströme zwischen 50 und 300 l/h. Die Ergebnisse lassen sich mit einem Potenzansatz korrelieren:

k_La = c _* (P/V)a _* (Gasstrom)^b

Die Korrelationskoeffizienten wurden wie folgt bestimmt (Medium, siehe Tab. 1)

c = 1.3865, a = 0.5995, b = 0.4387
Es sind k_La-Werte bis 3000 l/h bzw. Sauerstoffeintragsraten bis 21 g/(l_*h) gemessen worden.

Kultivierung des aeroben Bakteriums Corynebacterium glutamicum im Zyklon- Reaktor

Zur Vorkultivierung werden 1000 ml Schüttelkolben mit 4 Schikanen und einem Arbeitsvolumen von 200 m verwendet. Die Medienbestandteile werden 30 min bei 121°C autoklaviert (Zusammensetzung des Nährmediums: Tabelle 1). Nach Abkühlung auf Umgebungstemperatur wird mit 1 ml Organismensuspension aus der Stammhaltung angeimpft. Es folgt eine 24 stündige Inkubierung bei 30°C.

Das Zyklon-Reaktor-System wird chemisch sterilisiert. Dazu wird Dimethyldicarbonat 1 : 1000 mit Wasser verdünnt und anschließend in das Reaktorsystem gepumpt. Bei 20°C ist nach ca. 20 Minuten der Wirkstoff in Kohlendioxid und Methanol zerfallen. Nach der chemischen Sterilisierung des Reaktorsystems wird das übriggebliebene Wasser durch sterilisiertes Nährmedium verdrängt. Die Zusammensetzung des Nährmediums zur kontinuierlichen Kultivierung ist Tabelle 1 zu entnehmen. Salze und Glucose sind getrennt zu autoklavieren (30 min, 121°C). Vitamine und Aminosäure werden im Anschluß sterilfiltriert zugegeben.

Zum Starten der Reaktion werden 200 m inkubierte Vorkultur in den Zyklon-Reaktor mit einem Gesamtvolumen von 1.5 l gepumpt. Zur Adaption der Mikroorganismen an das synthetische Hauptkulturmedium folgt ein 12 stündiger Batchbetrieb des Zyklon- Reaktors. In dieser Zeit erhöht sich die Zellmassekonzentration von 3 auf 15 g Biotrockenmasse/l.

Der Volumenstrom der Umlaufpumpe wird konstant auf 500 l/h eingestellt. Das entspricht einer Strömungsgeschwindigkeit v der Flüssigkeit am tangentialen Einlauf des Zyklon-Reaktors von 2 m/s.

Tabelle 1

Nährmedien für Corynebacterium glutamicum

Die Beschleunigungskennziffer z_Einlauf (Zentrifugalbeschleunigung/ Erdbeschleunigung) wird wie folgt berechnet:
z_Einlauf = 2_*v²/(D_*g)
wobei v = Leerrohrgeschwindigkeit am Einlauf (m/s)
D = Innendurchmesser des Zyklons (m)
g = Erdbeschleunigung (9.81 m/s²).

Damit ist die Beschleunigungskennziffer z_Einlauf = 11.7.

Die Zuluftmenge wird auf 400 l/h eingestellt. Damit ergibt sich ein volumenspezifischer Energieeintrag (Leistungseintrag der Umlaufpumpe und kinetische Energie des Gaseintrags) von knapp 10 kW/m³. Über den Wärmetauscher im Umlauf wird durch einen Thermostaten mit externer Temperaturegelung die Temperatur im Zyklon-Reaktor-System auf 30°C eingestellt. Der PH-Wert wird durch Zugabe des Korrekturmittels (4N NaOH) auf 7,0 geregelt.

Bei einer Biotrockenmassekonzentration von 15 g/l kann auf kontinuierlichen Betrieb umgestellt werden. Der Zulauf wird auf 300 ml/h eingestellt. Bei einem Gesamtvolumen des Reaktorsystems von 1,5 l entspricht das einer mittleren Verweilzeit des Nährmediums von 5 h im Reaktorsystem. Durch die im Umlauf integrierte Mikrofiltrationseinheit kann dem System ein zellfreier Flüssigkeitsstrom entnommen werden. Damit kann die mittlere Verweilzeit der Mikroorganismen im System von der Verweilzeit des Nährmediums entkoppelt werden.

Es wird ein Verweilzeitfaktor F von 5 eingestellt (Der Verweilzeitfaktor F stellt das Verhältnis zwischen der Verweilzeit der Mikroorganismen und der Verweilzeit des Nährmediums dar). Ein Verweilzeitfaktor F von 5 bedeutet, das sich die Zellmasse (der Biokatalysator) 5mal länger im Zyklon-Reaktor-System befindet als das Nährmedium. Bei einem Zulaufvolumenstrom von 300 ml/h ist dies durch die Entnahme eines zellhaltigen Bleedstroms von 60 ml/h und eines zellfreien Filtratstroms von 240 ml/h zu erreichen. Der Filtratstrom stellt sich bei fester Vorgabe des Bleedstroms über die Füllstandsregelung ein.

Ergebnisse

Nach 3 Zellmasse-Verweilzeiten (75 h) wird im Fließgleichgewicht eine Zellmassekonzentration von 60 g BTM/l im Zyklon-Reaktor erreicht. Als pO₂ wird bei dieser Zelldichte ein Wert von 6% Luftsättigung an der Meßstelle im Umlauf gemessen.

Zur biochemischen Kontrolle einer im gesamten Zyklon-Reaktor-System ausreichenden Sauerstoffversorgung wurde das Fermentationsmedium auf das Gärendprodukt Laktat untersucht, das nur gebildet wird, wenn nicht genügend Sauerstoff vorhanden ist. Im untersuchten Betriebsbereich konnte keine Laktatbildung festgestellt werden.

Gegenüber dem herkömmlichen Rührkesselverfahren kann durch den Einsatz des Zyklon-Reaktors die Zellmassekonzentration im Reaktor um den Faktor 3 gesteigert werden, ohne das es zu unerwünschten Sauerstofflimitierungen kommt. Bei unveränderter zellmassenspezifischer Reaktionsgeschwindigkeit der Aminosäurebildung läßt sich damit die volumetrische Produktivität ("Raum-Zeit- Ausbeute") ebenfalls gegenüber dem kontinuierlichen Rührkesselverfahren um den Faktor 3 steigern.

Claims (14)

1. Verfahren zur Durchführung biotechnologischer Prozesse unter Kultivierung aerober Organismen in hoher Zelldichte im Durchlaufverfahren in einem Zyklonreaktor mit einem Zyklondurchmesser : Ein­ laufdurchmesser-Verhältnis < 10, dem am oberen Ende tangential flüssiges Medium mit einer Be­ schleunigungskennziffer (Zentrifugalbeschleunigung/Erdbeschleunigung) bis zu 25 zugeführt wird, in das sauerstoffhaltiges Gas gemischt ist und/oder dem sauerstoffhaltiges Gas über die Mantelfläche des Reaktors zugeführt wird und das vom unteren Ende des Reaktors ent­ nommen und über einen äußeren Rezyklierungsumlauf auf Prozeßbedingungen gebracht wird, während vom oberen Ende des Reaktors akkumuliertes Gas ent­ fernt wird, wobei mit einem Leistungseintrag im Kreislauf von 4-40 kW/m³ gearbeitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Zyklonreaktors mit einem Höhe : Durchmesser-Verhältnis von 2,5-5 und einem Zyklondurchmesser : Einlaufdurchmesser-Ver­ hältnis von 4-10.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Kreislauf Flüssigkeit durch Quer­ stromfiltration entfernt wird, deren Überströmge­ schwindigkeit mit der Zuströmgeschwindigkeit am Zykloneinlauf abgestimmt ist.

4. Anordnung zur Durchführung biotechnologischer Prozesse unter Kultivierung aerober Organismen in hoher Zelldichte, gekennzeichnet durch einen Kulturflüssigkeitskreislauf mit Elementen zur Regelung der Prozeßbedingungen für einen als Zyklon ausgebildeten, in den Kreislauf integrier­ ten Reaktor mit Gasentnahme am Kopf und Flüssig­ keitsentnahme am Boden, dessen oberer Tangential- Einlauf mit einer im Kreislauf vorgesehenen Pumpe für einen Leistungseintrag für Beschleuni­ gungskennziffern (z_Einlauf) bis zu 25 (Zentri­ fugalbeschleunigung/Erdbeschleunigung) in Verbindung steht und durch Mittel zur Begasung im Kreislauf vor dem Tangentialeinlauf zum Zyklon­ reaktor und/oder über perforierte Gasverteiler­ flächen im Reaktor.

5. Anordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen insbesondere als Prallteller oder Prall­ kegel ausgebildeten Prallkörper vor dem unteren Ende des Zyklons zur Unterstützung der Sekundär­ wirbelbiidung.

6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5 gekennzeichnet durch ein Verhältnis von Zyklondurchmesser zu Einlauf­ durchmesser von < 10, insbesondere zwischen 4 und 10.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch eine Auslegung der Pumpe für einen Leistungsein­ trag zwischen 4 und 40 kw/m³.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet durch ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser des Zy­ klonreaktors zwischen 2,5 und 5.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, gekennzeichnet durch einen Filtrationsmodul im Kreislauf zur Entnahme eines zellfreien Filtratstroms.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Entnahmestelle für zellhaltigen Flüssigkeitsstrom im Kreislauf.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, gekennzeichnet durch einen am oberen Ende des Zyklonreaktors vorgesehenen tangentialen Flüssigkeitseinlauf mit vorgeschalteter Begasungseinrichtung; einen durch den Zyklondeckel füh­ renden axialen Gasentnahmestutzen, der am äußeren Rand mit mechanischen Schaumzerstörerelementen versehen ist und einen die Sekundärwirbelbildung unterstützenden Prallkörper vor dem unteren offenen Ende des Zyklons, das zu der im Kreislauf vorgesehenen Pumpe führt.

12. Anordnung in Abwandlung von Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen unten geschlossenen Zyklonreaktor, durch dessen als Hohlkegel ausgebildeten Prallkörper ein Tauchrohr zur Flüssigkeitsentnahme hindurchgreift, das koaxial durch den Gasentnahmestutzen hindurchgreifend zum Flüssigkeitskreislauf führt.

13. Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch eine poröse Mantelfläche des Zyklons für die Gas­ zufuhr, alternativ oder zusätzlich zur Begasungs­ einrichtung des Kreislaufs.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, gekennzeichnet durch einen nach oben hin porösen Prallkörper für die Gaszufuhr, alternativ oder zusätzlich zur Bega­ sungseinrichtung des Kreislaufs.