DE2253422B2

DE2253422B2 - Geschlossener Röhrenapparat zur Züchtung von Mikroorganismen

Info

Publication number: DE2253422B2
Application number: DE19722253422
Authority: DE
Inventors: Vladimir Michailovitsch Baranovskij
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-10-31
Filing date: 1972-10-31
Publication date: 1979-08-30
Also published as: DE2253422C3; DE2253422A1

Description

Die Erfindung betrifft einen im Oberbegriff des Patentanspruches beschriebenen Apparat zur Züchtung von Mikroorganismen.

Ein Apparat dieser Gattung ist z. B. aus dem Buch »Herstellung von Ferment-Präparaten aus Pilzen und Bakterien« von Jarowenko, Kalunjanz, Golger; Verlag Lebensmittel-Industrie; Moskau, 1970 (russisch), Seite und 329, bekannt. Der Apparat ist mit einem Außenkühlmantel zur Abfuhr der Wärme versehen. Dieser Apparat sichert jedoch keine intensive Züchtung von Mikoorganismen, die Zufuhr von Gas durch den Stutzen ermöglicht nicht, das erforderliche Dispergieren von Gas zu erreichen und die notwendige Kontaktfläche zwischen Gas und Kulturflüssigkeit im Reaktionsraum zu erhalten. Der Außenkühlmantel sichert die Abführung der sich bei der Züchtung von Mikroorganismen entwickelnden Wärme nicht, was zu einer Erhöhung der Temperatur im Reaktionsraum und zur Hemmung des Prozesses führt. Der Apparat weist nur eine begrenzte Durchsatzleistung von Gas auf, weil bei der Zuführung von größeren Gasmengen in den Reaktionsraum ein Teil der Kulturflüssigkeit aus diesem Raum in das Innere des Gehäuses des Schaumdämpfers gedrückt wird und sich an der Züchtung von Mikroorganismen nicht beteiligt, was zu einer Überbelastung des Schaumdämpfers und zum Auswerfen eines Teiles der Kühlflüssigkeit durch den Stutzen zum Auslassen der Gase führt, der am Gehäuse des Schaumdämpfers angeordnet ist.

Für den Fachmann der Gärtechnik stellt sich aus den vorstehend erwähnten Mängeln des Standes der Technik die Aufgabe, beim stetig zu haltenden

Durchsatz der Gesamtmenge der zu behandelnden Flüssigkeit durch den Gärapparat folgenden verfahrenstechnischen Anforderungen zu genügen: erstens sollen die Kontaktflächen der die Durchsatzmenge bildenden Medien durch Dispersion von Gas und Nährzusätzen in Flüssigkeiten aufgeschlossen werden: zweitens soll das Ausscheiden von schädlichen Gasen, die den Verfahrensablauf verlangsamen, aus der Kulturlösung bewirkt werden und zwar durch Entgasung von Schaum.

Hierbei erkennt der Fachmann, daß der Prozeli umso intensiver abläuft, je feiner die Dispersion ist, daß es jedoch umso schwerer ist, die unerwünschten gasförmigen Bestandteile aus der Kulturlösung zu entfernen. Es stehen also gegensätzliche Anforderungen einander gegenüber.

Die Erfindungsaufgabe wird dadurch gelöst, daß der Apparat mit mindestens einem vor dem mechanischen Schaumdämpfer in der Richtung der Bewegung der Kulturflüssigkeit angeordneten Wärmeaustauscher und einem Sammler für die Gaszufuhr, der hinter der Schraube in der Richtung der Bewegung der Kulturflüssigkeit angebracht ist, versehen ist, daß der mechanische Schaumdämpfer mit mindestens einem den Innenraum des Schaumdämpfers mit dem vor der Schraube angeordneten Innenraum des Apparates verbindenden Ableitungsrohr versehen ist und innerhalb des Schaumdämpfers ein oberhalb des Ableitungsrohres untergebrachter gelochter Sammler zum Versprühen der aus dem Innenraum des Apparates abgeleiteten Kulturflüssigkeit angeordnet ist.

Die kurzen, durch die Ringbauart bedingten Abstände zwischen dem Wärmetauscher und dem Gasabschneider sowie zwischen dem Förderpumpenrad und der Gaszuführeinrichtung bewirken bei der Erfindung verfahrenstechnische Vorteile, die zur Lösung der vorstehend erläuterten speziellen Aufgabe wesentlich beitragen. In den von der Kulturflüssigkeit durchflossenen Rohren des Wärmetauschers wird durch Erweiterung des Querschnitts gegenüber dem in Flußrichtung vorhergehenden Querschnitt die Turbulenz der Strömung beruhigt; dadurch tritt eine zusätzliche Bildung von Gasbläschen auf, die in den unmittelbar dahinterliegenden Schaumdämpfer eintreten und von dort abgesaugt werden; die Entgasung wird also verbessert. Die im Schaumdämpfer entgaste Kulturflüssigkeit gelangt auf kurzem Weg zum Pumpenrad, dessen Wirkungsgrad für entgaste Flüssigkeit bis zu 25% besser sein kann als für gashaltige Flüssigkeit, was Leistungsersparnis bedeutet. Die durch das Pumpenrad durchwirbelte Kulturlösung ist nunmehr für die unmittelbar darauf erfolgende Zuführung von Gas, hier Sauerstoff, gut aufbereitet.

Es ist ferner aus der DD-PS 21 886 ein geschlossener Apparat zum Züchten von Mikroorganismen bekannt, bei dem ein Röhrenwärmeaustauscher in der Bewegungsrichtung der umlaufenden Kulturflüssigkeit vor dem Schaumdämpfer angeordnet ist.

Ferner ist aus der DE-PS 7 52 721 ein geschlossener Apparat zum Züchten von Mikroorganismen bekannt, bei dem in der Bewegungsrichtung der umlaufenden Kulturflüssigkeit ein Sammler für die Gaszufuhr hinter der Schraube zum Vermischen und zur Beförderung der Kulturflüssigkeit angeordnet ist.

Zur Erfindungshöhe/techn. Fortschritt wird ausgeführt, daß diese Apparate jedoch zu einer von dem Gegenstand der Erfindung verschiedenen Gattung von Apparaten zur Züchtung von Mikroorganismen gehören. Mit bezug auf den an erster Stelle erwähnten Stand

jer Technik wird vermerkt, daß die zu ihm gehörende ^Ordnung vcn einzelnen Elementen des Apparates jnd die damit erreichte Wirkung von der erfindungsgemäßen so verschieden ist, daß eine Übertragung von Merkmalen vom Bekannten auszuschließen ist.

Der erfindungsgemäße horizontale geschlossene Röhrenapparat zur kontinuierlichen Züchtung von Futterhefe auf raffinierten flüssigen Paraffinen mit einem Fassungsvermögen von 1 m³ bei einem für das Vermischen, die Beförderung von Kulturflüssigkeit und Schaumzerstörung erforderlichen Energieaufwand von 1,OkW je lkg absolut trockener Hefe, bei einem Sauerstoffverbrauch von 2,0 Nm³ je 1 kg absolut trockener Hefe und bei einem pH-Wert von 4,5 hat eine Leistung von 10 kg absolut trockener Hefe, bezogen auf 1 m³ des I nhalts des Apparates, pro Stunde.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme von Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen geschlossenen Röhrenapparates zur Züchtung von Mikroorganismen in Draufsicht;

Fi g. 2 den Schnitt H-II in F i g. 1.

Der geschlossene Röhrenapparat zur Züchtung von Mikroorganismen ist in Form eines horizontal angeordneten ausgedehnten Torus ausgeführt. Apparat 1 (Fig. 1) weist einen mechanischen Schaumdämpfer 2, einen Stutzen 3 zum Einlassen von Brauchwasser, einen Stutzen 4 zum Einlassen von Nährsalzen, einen Stutzen 5 zum Einlassen von Rohrmaterial für die Züchtung von Mikroorganismen, beispielsweise zum Einlassen von raffinierten flüssigen Paraffinen, einen Stutzen 6 zum Einlassen von Ammoniakwasser zur Aufrechterhaltung eines pH-Wertes, der 4,5 beträgt, einen Stutzen 7 zum Einlassen von Mikroorganismen, beispielsweise einer Reinkultur von Futterhefe für das Inokulieren, sowie einen Stutzen 8 (F i g. 2) zum Auslassen der Kulturflüssigkeit auf. Innerhalb des Apparates 1 (Fig. 1) ist in der Richtung der Bewegung der Kulturflüssigkeit eine Schraube 9 zum Vermischen und zur Beförderung dieser Flüssigkeit angebracht Der Apparat 1 ist mit einem Röhren wärmeaustauscher 10 versehen.

Außerdem ist der Apparat 1 mit einem Sammler 11 für die Sauerstoffzuführung versehen. Der Sammler 11 ist hinter der Schraube 9 in der Richtung der Bewegung der Kulturflüssigkeit angeordnet. (Mit dem Pfeil A ist die Richtung der Bewegung der Kulturflüssigkeit im Apparat angegeben). Der Sammler 11 ist mit Vertikalrohren 12 (F i g. 2) versehen, die Öffnungen und Schlitze 13 aufweisen, welche in einer zu der Richtung der Bewegung der Kulturflüssigkeit senkrecht liegenden Ebene angeordnet sind. Der mechanische Schaumdämpfer 2 ist mit einem Stutzen 14 zum Auslassen eines Gemisches von Gasen, die sich bei der Züchtung von Futterhefe entwickeln, sowie mit einem Ableitungsrohr 15 versehen. Das Rohr 15 verbindet den Innenraum dps Schaumdämpfers 2 mit dem vor der Schraube 9 angeordneten Innenraum des Apparates 1. Der mechanische Schaumdämpfer 2 wird durch einen Elektromotor 16 angetrieben. Innerhalb des Schaumdämpfers 2 ist ein gelochter Sammler 17 zum Versprühen der Kulturflüssigkeit angeordnet, die dem Innenraum des Apparates 1 durch die Pumpe 18 entnommen wird. Der gelochte Sammler 17 ist oberhalb des Ableitungsrohres 15 angebracht. Die Schraube 9 (F i g. 1) ist an der WrIIe 9 befestigt. Sie wird durch den Elektromotor 20 über das Getriebe 21 in Drehung versetzt.

Der Apparat 1(F ig. 1) arbeitet wie folgt.
Durch den Stutzen 3 wird dem Reaktionsraum das Brauchwasper zugeführt. Demselben Reaktionsraum werden durch den Stutzen 4 Nährsalze zugeführt; es ' wird der Elektromotor 21 der Schraube 9 eingeschaltet, und der pH-Wert der Lösung wird durch das Einlassen von Ammoniakwasser durch den Stutzen 6 auf 4,4 — 4,6 gebracht.

Dann wird dem Apparat durch den Stutzen 7 die

n> Reinkultur von Futterhefe für die Einimpfung zugeführt, und durch den Stutzen 5 wird dem Apparat ein raffiniertes flüssiges Paraffin zugeleitet. Anschließend wird der Elektromotor 17 des mechanischen Schaumdämpfers 2 eingeschaltet Gleichzeitig mit der Einschal-

n tung des Elektromotors 16 (Fig.2) wird durch die Rohre 12 und den Sammler 11 dem Apparat Sauerstoff in einer durch die tecnnologischen Bedingungen vorg gebenen Menge zugeführt Bei der Drehung der Schraube 9 finden ein intensives Vermischen des aus Brauchwasser, Salzen und raffinierten flüssigen Paraffinen bestehenden Gemisches, das L-Vispergieren von Sauerstoff und die Beförderung des G"misches statt Die Kulturflüssigkeit wird den Rohren des Wärmeaustauschers 10 (Fig. 1) zugeführt die von dem zwischen den Rohren liegenden Raum zuzuführenden Kühlwasser umgespült werden. Die ausgedehnte Fläche des Wärmeaustauschers 10 sichert eine intensive Abführung der sich bei der Züchtung von Futterhefe entwickelnden Wärme, was die Voraussetzungen für die Aufrechterhal-

}o tung einer Temperatur der Kultur flüssigkeit von 34°C ± Γ schafft. Gleichzeitig mit der Abführung der Wärme in den Rohren des Wärmeaustauschers findet durch die Änderung der Bedingungen für die Bewegung der Kühlflüssigkeit durch diese Rohre eine Vergröße-

3^r> rung des Durchmessers der Gasblase statt, was zur einer vorläufigen Isolierung des Gasgemisches aus dem Strom der Kulturflüssigkeit führt. Dann wird die Kulturflüssigkeit dem Schaumdämpfer 2 (F i g. 2) zugeführt, in dem die weitere Abtrennung der Kulturfiüssig-

■Ό keit von dem Gasgemisch verwirklicht wird, die dafür erforderlich ist, daß die Kulturflüssigkeit beim Auslassen aus jem Apparat 1 (Fig. 1) die Mindestmenge von Gas enthält. Im Schaumdämpfer 2 steigt das Gasgemisch durch eine im Schaumdämpfer vorhandene Kulturflüs-

■^ sigkeitsschicht auf. Unter der Schicht der Kühlflüssigkeit bildet sich ein Schaum, der mittels eines Kulturflüssigkeitsstrahles vorläufig zerstört wird, der aus dem gelochten Sammler 17 ausfließt. Die Kühlflüssigkeit wird dem gelochten Sammler 17 aus dem

^r><> Apparat 1 mittels der Pumpe 18 zugeführt Die endgültige Zerstörung des Schaumes wird mittels des mechanischen Schaumdämpfers 2 verwirklicht, der durch den Elektromotor 16 in Drehung versetzt wird. Das Gasgemisch wird aus dem Apparat 1 durch den

v> Stutzen 14 entfernt, und die Flüssigkeit fließt in den Apparat 1 ab. Durxh das Ableitungsrohr IS wird das Absaugen einer überschüssigen Menge von Kulturflüssigkeit verwirklicht, die durch eine Vergrößerung des Gasverbrauches sowie auch durch die technologischen

w) Bedingungen für die Durchführung des Prozesses hervorgerufen wird. Durch das Ableitungsrohr 15 wird der Stand der Kulturflüssigkeit im Schaumdämpfer 2 stabilisiert, was die Durchsatzleistung des Apparates in bezug auf das Gas erhöht, den mechanischen Schaum-

f>'> dämpfer 2 gegen Überbelastung schützt sowie den für die Zerstörung des Schaumes erforderlichen Energieaufwand vermindert.
Auf diese Weise werden im Reaktionsraurr. des

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Apparates i günstige Bedingungen für eine schnelle Dieser Prozeß ist durch ein kontinuierliches Auslassen Anhäufung von Futterhefe geschaffen. In dieser Periode der Kulturflüssigkeit aus dem Apparat durch den

wird keine Kulturflüssigkeit entnommen. Am Ende der Stutzen 8 gekennzeichnet, wobei die auszulassende

Anhäufung entspricht die Konzentration der Futterhefe Menge der Kulturflüssigkeit der Gesamtmenge von

in der Kulturflüssigkeit der berechneten Konzentration. > durch die entsprchenden Stutzen zuzuführende Brauch

Der Prozeß der Anhäufung dauert 6 bis 8 Stunden. wasser, Nährsalzen und raffinierten flüssigen Paraffinen Nach der Beendigung des Anhäufungsprozesses wird gleich ist. Der Sauerstoff wird dem Apparat in einer

der Apparat zur Züchtung von Mikroorganismen auf Menge zugeführt, die für den Ablauf des Prozesses der

den kontinuierlichen Prozeß derZüchtung umgestellt. Züchtung von Fütterhefe ausreicht.

Hierzu % Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Geschlossener Röhrenapparat zur Züchtung vun Mikroorganismen in Form eines horizontal angeordneten, ausgedehnten Torus mit zumindest einem mechanischen Schaumdämpfer, einem Wärmeaustauscher, einem Wassereinlaßstutzen, einem Einlaßstutzen für Nährsalze, einem Einlaßstutzen für Rohmaterial für die Züchtung von Mikroorganismen, einem Einlaßstutzen für Flüssigkeit zum Aufrechterhalten eines vorgegebenen pH-Wertes, einem Einlaßstutzen für Mikroorganismen zum Inokulieren, einem Auslaßstutzen für die Kulturflüssigkeit, einer Gaszufuhr sowie einer Schraube zum Vermischen und zur Beförderung der Kulturflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß er mit mindestens einem vor dem mechanischen Schaumdämpfer (2) in der Richtung der Bewegung der Kulturflüssigkeit angeordneten Wärmeaustauscher (10) und einem Sammler (11) für die Gaszufuhr, der hinter der Schraube (9) in der Richtung der Bewegung der Kühlflüssigkeit angebracht ist, versehen ist, daß der mechanische Schaumdämpfer (2) mit mindestens einem den Innenraum des Schaumdämpfers (2) mit dem vor der Schraube (9) angeordneten Innenraum des Apparates (1) verbindenden Ableitungsrohr (15) versehen ist und innerhalb des Schaumdämpfers ein oberhalb des Ableitungsrohres (15) untergebrachter gelochter Sammler (17) zum Versprühen der aus dem Innenraum des Apparates (1) abgeleiteten Kühlflüssigkeit angeordnet ist.