DE2322296A1

DE2322296A1 - Verfahren und vorrichtung fuer die kontinuierliche fermentation bzw. gaerung

Info

Publication number: DE2322296A1
Application number: DE19732322296
Authority: DE
Inventors: Akihiko Mori; Yoichi Suneya; Yukio Yasui
Original assignee: Kewpie Jyozo Co Ltd
Current assignee: Kewpie Jyozo Co Ltd
Priority date: 1973-05-03
Filing date: 1973-05-03
Publication date: 1974-11-21

Description

Verfahren und Vorrichtung für die kontinuierliche Fermentation bzw. Gärung Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtung zur Fermentation bzw.
Gärung, und zwar im einzelnen ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Herstellung von Essigsäure und verschiedenen anderen brauchbaren Substanzen mittels kontinuierlicher Fermentation bzw. Gärung, welche die gleichzeitige Be- bzw. Durchlüftung und Bewegungsbehandlung (d.h. Schütteln, in Bewegung versetzen, hin- und herbewegen, Rühren, in heftige Bewegung versetzen, Erschüttern o. dgl.) der Fermentations-bzw. Gärungsflüssigkeit einschließt, und zwar insbesondere im Hinblick auf einen hohen "Fermentations- bzw. Gärungsgrad", eine hohe "Fermentations- bzw. Gärungswirksamkeit bzw. -ausbeute" und eine hohe "Fermentations- bzw. Gärungsrate" bzw. einen hohen "Fermentations- bzw.
Gärungsdurchsatz" .
Es sei hier darauf hingewiesen, daß im Rahmen der vorliegenden Anmeldung die Begriffe "Fermentation" und "Gärung" synonym benutzt werden, d.h. aus Abkürzungsgründen nachstehend jeweils nur einer der beiden Begriffe benutzt, obwohl die entsprechenden Ausführungen auch für den anderen Begriff gelten, so daß also die Begriffe "Fermentation" und " Gärung" gegeneinander ausgetauscht werden können bzw. überfall dort, wo der Begriff .''Fermentation" verwendet wird, auch dafür der Begriff "Garung" eingesetzt werden kann und umgekehrt.
Weiterhin sei darauf hingewiesen, daß im Rahmen der vorstehenden Anmeldung der "Fermentationsgrad" in Prozent, die "Fermentationswirksamkeit bzw. -ausbeute" in Prozent und die "Fermentationsrate" bzw. der "Fermentationsdurchsatz" in Prozent pro Stunde jeweils durch die folgenden Gleichungen definiert sind: Ci - Cf 100=(1 - ) xloO, Ci Ci Pf - Pi x 100, (Ci-Cf)Yth und Pf - Pi t worin Ci und Pi die Alkoholkonzentration bzw. die Azidität (Säuregehalt bzw.
-grad) der anfänglichen Fermentationsflüssigkeit eines Schub- bzw. Satzbetriebs oder der Fermentationsflussigkeit am Einlaß des kontinuierlichen Fermentationsgefäßes bzw. -kessels sind, während Cf und Pf die Alkoholkonzentration bzw.
die Azidität der durch den Schub- bzw. Satzbetrieb fermentierten Flüssigkeit oder der fermentierten Flüssigkeit am Auslaß des kontinuierlichen Fermentationsgefäßes bzw. -kessels bedeuten, wobei ferner Yth die theoretische Ausbeute von einem Liter Alkohol ist und t die Zeit in Stunden darstellt, die für den Fermentationsschub- bzw. -satzbetrieb erforderlich ist oder die mittlere Verweilzeit der Fermentierungsfl Ussigkeit im kontinuierlichen Fermentierungsgeföß bzw. -kessel in Stunden.
Auch hinsichtlich der Tätigkeitsworte'"fermentieren" bzw. "garen" gilt im Rahmen der vorliegenden Anmeldungsunterlagen Austauschbarkeit, so daß überall dort, wo von dem "Fermentieren" gesprochen wird, genausogut von dem "Gären" gesprochen werden kann und umgekehrt.
Ubliche unterschiedliche industrielle Fermentationsverfahren, die gleichzeitige Be- bzw. Durchlüftung und Bewegungsbehandlung der Gärungsflüssigkeit einschließen, sind üblicherweise mittels sogenannter bewegter bzw. umgerührter Tanks durchgeführt, deren Form und Aufbau dem Fachmann geläufig ist. Trotz der relativen Einfachheit der mechanischen Konfigurntion und der Leichtigkeit der Beaufsichtigung bzw. Überwachung besitzen diese Verfahren nach dem Stande der Technik einen inherenten Nachteil, wenn sie für kontinuierliche Fermentierungen ausgestaltet werden, und zwar insofem, als der Abfluß eines Teils der Gärungsflüssigkeit oder der unvollstdndig gegärten Flüssigkeit stattfindet, ohne daß es darauf ankommt, wie weit der Flüssigkeitseinlaß und -auslaß des Tanks physisch voneinander entfemt sind. Da der stationäre Zustand der kontinuierlichen Gärung gemäß dieser Verfahren nach dem Stande der Technik einem gewissen Punkt im Verlauf eines Fermentierungsschub- bzw. Satzbetriebs entspricht, kann darüber hinaus ein hoher Fermentierungsgrad nur unter Beeinträchtigung der Fermentierungsrate bzw. des Fermenti erungsd urchsatzes real isiert werden und umgekehrt.
Um diese Nachteile zu überwinden, wurde ein kontinuierliches Mehrstufengörungsverfahren vorgeschlagen, welches eine Mehrzahl der vorstehend beschriebenen Tanks verwendet, die in Reihe miteinander verbunden sind.
Obwohl in diesem letzterem Verfahren der Abfluß irgendwelcher unvollständig gegarten Flüssigkeit aus dem gesamten Gärungssystem im wesentlichen vermieden wird, tritt das gleiche Phänomen nochin jedem der in Reihe miteinander verbundenen Tanks auf. Ein weiterer schwerer Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin, daß seine Ausbeute im Hinblick auf die Gesamtkapazitut der benutzten Tanks niedrig ist. Die Schwierigkeit der Beaufsichtigung, die sich aus der Verwendung einer Anzahl derartiger Tanks ergibt, ist außerdem noch als Nachteil in Betracht zu ziehen.
Es ist an sich bekannt, daß die ideale Strömungsart einer Gärungsflüssigkeit in einem Kessel, wenigstens in Termen des Fermentierungsgrades, durch die sogenannte Spundströmung ("plug flow") repräsentiert wird, derart, daß kein Konzentrationsgradient quer bzw. seitlich des Strömungsverlaufs der Flüssigkeit vorhanden ist, daß vielmehr ein aufeinanderfolgender Konzentrationsgradient nur in der Richtung der Strömung existiert. Es ist weiterhin eine wohl fundierte Tatsache, daß die Kombination eines perfekten Mischkessels und eines "Spundströmungs"-Kessels ("plug-flow vessel") üblicherweise die besten Ergebnisse hinsichtlich der effektiven Benutzung der Kesselkapazität ergeben kann.
In den wirklichen Görungssystemen ist es jedoch schwierig, eine Spundströmung (wie oben definiert) zu erreichen oder anzunähern, und zwar vor allem wegen der Schwierigkeiten, welche die Be- bzw. Durchlüffung und die Bewegungsbehandlung der GärungsflUssigkeit einschließt. Es ist beispielsweise ein alkoholisches Gärungsverfahren bekannt, in dem eine Reihe von vertikalen, langgestreckten Kessel- oder Turmgärern bzw. -fermentoren, die nebeneinander angeordnet sind, benutzt wird. Hierbei wird frische Flüssigkeit in den ersten der Kessel von dessen Boden aus eingeführt und in die nacheinanderfolgenden Kessel durch Überströmen vom oberen Ende her eingespeist. Wegen der Schwierigkeiten, die sich bei der Be- bzw. DurchlUftung und der Bewegungsbehandlung der Gärflussigkeit in den vielen Kesseln ergeben, ist dieses bekannte Verfahren nicht für aerobe Gängen angewandt worden.
Weiterhin ist ein kontinuierliches Kultivierungsverfahren bekanntgeworden, bei dem ein mehrstufiger Turmgörer bzw. -fermentor benutzt wird, der im Inneren mit Zwischenwänden und porösen Platten versehen ist. Eine Kulturlösung, die vom oberen Ende des Turmgären bzw. -fermentors her eingeführt wird, wird unter Verwendung von Rührschaufeln oder auch ohne Verwendung derselben, dazu veranlaßt, daß sie sich innig mit Gas vermischt, welches unter Druck durch die poröse Platte zugeführt wird, die am Boden jeder Stufe angebracht ist, wobei außerdem Luft unter Druck durch einen für jede Stufe vorgesehenen, einstellbaren Lufteinlaß zugeführt wird. Gemäß einem anderen bekannten vielstufigen Gärungsverfahren wird ein Turmgörer bzw. -fermentor benutzt, dessen innere Stufen durch eine poröse Zwischenwand oder Zwischenwände gebildet wird bzw. werden. Vom Boden des Kessels werden gleichzeitig frische Flüssigkeit und Luft zugefuhrt, während das fertiggestellte Produkt vom oberen Ende abgezogen wird.
Jedoch sind die in den beiden vorerwähnten bekannten vielstufigen Gärungsverfahren benutzten Kessel derart, daß eine in wesentlichen perfekte Durchmischung in jeder der Stufen stattfindet, was eine Diskontinuietöt im Konzentrntionsgradienten der Flüssigkeit beim Ubergang von einer Stufe zur nächsten Stufe zur Folge hat. Der schwerwiegendste Nachteil, der diesen mehrstufigen Verfahren anhaftet, besteht in dem hohen Druck, der zur Einführung von Luft durch den porösen Boden jeder Stufe erforderlich ist. Ein anderer Nachteil betrifft die Tatsache, daß in dem Falle, in welchem die Einführung von Luft aufgrund einer unvorhergesehenen Schwierigkeit plötzlich unterbrochen worden ist, die Flüssigkeit innerhalb des Turmgärers bzw.
-fermentors in der entgegengesetzten Richtung durch die porösen Platten oder Zwischenwände nach abwärts fließen kann.
Um eine Spundströmung (im oben definierten Sinne) den gegenwärtigen Görungssystemen anzunähem, ist es von äußerster Wichtigkeit, daß der Konzentrationsgradient der GärflUssigkeit wie oben erwähnt fortlaufend in Richtung der Strömung der Gärflüssigkeit ist. Jedoch ist dieses Ziel in Turmgorern bzw. -fermentoren praktisch nicht erreichbar, wenn die Gärflüssigkeit gleichzeitig be- bzw. durchlüftet und einer Bewegungsbehandlung unterzogen werden soll, wie man ohne weiteres aus der obigen Erläuterung des Standes der Technik erkennen kann.
Mit der vorliegenden Erfindung soll daher ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Durchführung von essigsauren oder anderen Gärung bzw. Fermentationen geschaffen werden, und zwar mit gleichzeitiger Be- bzw. Durchlüftung und Bewegungsbehandlung der Fermentations- bzw. GarFlüssigkeit und in einer Gör- bzw. Fermentationszone, die so ausgebildet ist, daß darin die Spundströmung (im oben definierten Sinne) angenähert wird.
Weiterhin soll durch die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung der erwähnten Art geschaffen werden, die vorteilhaft in Kombination mit einem bewegten bzw. umgerührten oder durchmischten Tank irgendeiner geeigneten Konstruktion benutzt werden können.
Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung, mit dem die obigen Nachteile des Standes der Technik überwunden werden, wird ein Gärungskessel benutzt, der horizontal langgestreckt ist und dessen Inneres quer in eine Reihe von miteinander verbundenen Abteilung unterteilt ist, von denen jede mit Einrichtungen zum Be- bzw. Durchlüften und zur Bewegungsbehandlung der Gärflüssigkeit versehen ist. Dieser Kessel wird zunächst mit einer vorbestimmten Menge von Substrat beschickt, das dann mit einer aktiven Kultur der jeweils gewunschten Mikroorganismen geimpft bzw. versehen wird urid auf einer Schub- bzw. Satzbasis gären kann, und zwar bis zu einer ausreichenden Verbreitung bzw. Fortpflanzung der Mikroorganismen. Dann wird frisches Substrat kontinuierlich in den Kessel eingeführt und zur Gärung gebracht, wenn es nacheinander durch die Abteilungen fließt, während es gleichzeitig darin be- bzw. durchlüftet und einer Bewegungsbehandlung ausgesetzt wird. Eine kontinuierliche Entfernung der gegörten bzw. fermentierten Flüssigkeit erfolgt mit der gleichen Rate wie die Rate der EinfUhrung des frischen Substrats beträgt.
Alternativ kann eine unvollständig gegarte Mischung von gewünschten Mikroorganismen und Substat, die getrennt in einem vorgesetzten Tank bekannter Konstruktion hergestellt worden ist, kontinuierlich in den Görkessel der vorliegenden Erfindung eingespeist werden. Die kontinuierliche Zufuhr der Mischung wird in entsprechender bzw. gleicher Weise zur vollständigen Garung gebracht, wenn sie nacheinander durch die Abteilungen fließt, während sie gleichzeitig darin be- bzw. durchlüftet und einer Bewegungsbehandlung ausgesetzt wird.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird eine Mehrzahl von Gärungs- bzw. Fermentationskesseln, von denen jeder gemäß der obigen Beschreibung gestaltet ist, zum Zwecke der Erhöhung der Ausbeute in Reihe miteinander verbunden.
Die vorstehenden sowie weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Fig. 1 - 3 der Zeichnung, in denen gleiche bzw. entsprechende Teile mit gleichem Bezugszeichen versehen sind, und anhand von Beispielen näher erläutert; es zeigen: Fig. 1 eine schematische vertikale Schnittansicht eines Gär- bzw.
Fermentationskessels gemäß der Erfindung in Kombination mit einem umgerührten Tank älteren Aufbaus; Fig. 2 eine vertikale Schnittansicht des Gärungs- bzw. Fermentationskessels längs der Ebene 2 - 2 in Fig. 1; und Fig. 3 eine schematische vertikale Schnittansicht, die drei Gärungs-bzw. Fermentationskessel veranschaulicht, welche gemäß der Erfindung in Reihe miteinander verbunden sind, und zwar in Kombination mit einem umgerührten Tank älterer Ausführung.
Die Vorrichtung, mit welcher das Verfahren der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden kann, wird nunmehr in näheren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es sei zunächst auf die Figuren 1 und 2 Bezug genommen, in denen das Bezugszeichen 10 aligemein einem Görungskessel gemäß der Erfindung zugeordnet ist, der im wesentlichen zylindrische Form besitzt und horizontal angebracht ist, obwohl er auch von rechteckigem, elliptischem oder anderem geeignetem Querschnitt sein kann, sofem er nur horizontal längs verlaufend bzw. Ianggestreckt ist. Nicht dargestellte Mannlöcher können an beiden Enden des Behälters 10 vorgesehen sein, die beispielsweise zum Zwecke der Reinigung oder der Reparatur einen Zugang zum Behälterinneren gewähren.
An einem Ende des Behälters 10 wird durch einen Einlaß 11 ein Substrat bzw.
Nährboden mit oder ohne einem erforderlichen Ferment, wie beispielsweise Bakterien oder anderen Mikroorganismen, eingeführt, was weiter unten in näheren Einzelheiten erläutert wird. Dagegen wird die gegärte Flüssigkeit am anderen Ende des Behälters infolge Überströmens durch eine Leitung 13 vom Auslaß 12 abgenommen und in einen geeigneten Behälter 14 übergeführt. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die ge- bzw. vergärte Flüssigkeit vom Behälter 10 auch durch irgendeine andere Vorrichtung bekannter Art abgezogen werden kann, ohne daß damit von den Grundprinzipien der Erfindung abgewichen wird. Um eine Spundströmung (oben definierter Art) durch den Gärbehälter 10 anzunähem, ist das Innere des Behälters quer in eine Reihe von miteinander verbundenen Abteilungen 15 mit Hilfe-von Zwischenwänden 16 unterteilt, wobei die Zwischenwände 16 im vorliegenden Falle bevorzugt halbkreisförmige Gestalt besitzen, damit sie im wesentlichen der Querschnittsform des Behälters entsprechen. Das lineare obere Ende jeder Zwischenwand 16 ist horizontal angeordnet und liegt leicht unterhalb des vorbestimmten Niveaus 17 der Gärflüssigkeit innerhalb des Kessels, während der bogenförmige Rand jeder Zwischenwand in sauberer bzw. ordentlicher Berührung mit der inneren OberFlache des Behälters angeordnet ist.
Alle Zwischenwände 16 sind 50 ausgebildet, daß sie leicht von ihren jeweiliegen Anbringungspositionen entfernt werden können, beispielsweise dann, wenn es Reinigungs- oder Reparaturzwecke erfordem.
Der Gärbehälter gemäß der Erfindung ist mit Vorrichtungen zur Bewegungsbehandlung, insbesondere Rührvorrichtungen, ausgerüstet, die vorzugsweise eine Mehrzahl von voneinander im Abstond angeordneten Flügel- bzw.
Schaufelpaaren 18 umfassen, welche ihrerseits fest auf einer umdrehbaren Welle 19 angebracht sind, die sich horizontal über die Länge des Behälters durch einen Schlitz 20 erstreckt (Fig. 2), der in jeder der Zwischenwände 16 ausgebildet ist. Das eine Ende der Welle 19 ist an einer Antriebsvorrichtung, beispielsweise einem Motor 21, angekuppelt, und zwar über ein Übertragungsgetriebe 22, welches die Umdrehung des Motors mit einer gewünschten Geschwindigkeit auf die Welle 19 und damit auf die Flügel bzw. Schaufeln 18 überträgt. Aus Fig. 1 I~ßt sich insbesondere ersehen, daß je ein Flügel- bzw.
Schaufel paar 18 in jeder der Abteilungen 15 vorgesehen und vollständig unter das Flüssigkeitsniveau 17 des Behälters untergetaucht ist.
Obwohl bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel der Erfindung die jeweiligen Flügel- bzw. Schaufelpaare 18 quer zum Gesamtströmungsverlauf der Gärflüssigkeit in Umdrehung versetzt werden, ist es auch möglich, derartige Flügel- bzw. Schaufel paare in der Richtung der Flüssigkeitsströmung in jeder der Abteilungen 15 in Umdrehung zu versetzen, indem man noch in jeder Abteilung eine umdrehbare Welle vertikal anbringt. Falls das Flüssigkeitsniveau des Behälters genugend niedrig ist, können die Flügel bzw. Schaufeln 18 weggelassen werden, da dann die gewünschte Bewegungsbehandlung der Gärflüssigkeit allein durch die aufsteigenden Blasen bewirkt werden kann.
Weiterhin ist gemäß der Erfindung der Gärbehälter 10 mit einer oder mehreren Be- bzw. Durchlüffungsvorrichtungen ausgerüstet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei derartige Vorrichtungen vorgesehen, nämlich die Kanäle 23, die sich parallel zur jeweiligen Länasrichtung des Behälters erstrecken und in der Nähe seines Bodens angebracht sind. Jeder dieser Kanäle 23 besitzt eine Mehrzahl von Öffnungen 24, die jeweils in jeder der Abteilungen 15 enden und durch die sterilisierte Luft unter Druck von einer nicht dargestellten Druckluftquelle in die Gärflüssigkeit in jeder Abteilung eingespeist wird.
Gewünschtenfalls kann jeder der Luftkanäle 23 (bzw. Luftleitungen) im Inneren in 2 oder mehrere Abschnitte unterteilt sein, derart, daß eine variierende Luftmenge in verschiedene Teile des Behälters sowie in gesteuerter bzw. regulierter Weise eingeführt werden kann. Auch ist es in einfacher Weise möglich, belUftende Leitungen innerhalb der Flügel bzw. Schaufeln 18 in der Weise vorzusehen, daß Luft unter Druck von den Spitzen der Flügel bzw. Schaufeln ausströmt. Es ist auch möglich, eine gleichförmige Einführung von Luft durch eine poröse Platte o. dgl. vorzusehen, die am Boden des Behälters angebracht ist.
Da jede der Abteilungen 15 mit ihrem eigenen Paar von Rührflügeln bzw. -schaufeln 18 und Belüftungsöffnungen 24 ausgerüstet ist oder mit geeigneten Vorrichtungen, die die vorerwähnten Flügel bzw. Schaufeln und/oder Öffnungen ersetzen, kann die Garungsflussigkeit innerhalb des Behälters richtigerweise in jeder Abteilung gerührt und belüftet werden, so daß ihre Gärungsreaktion erleichtert wird, wenn sie durch die aufeinanderfolgenden Abteilungen strömt.
Abzuführende Gase, die während des Fortschreitens der Gärreaktion erzeugt werden, werden durch eine Mehrzahl von Auslaßöffnungen 25 abgeleitet, die ihrerseits in Verbindung mit einer gemeinsamen Auslaß- bzw. Absaugleitung 26 stehen. Wenn es erwunscht ist, können die abzuführenden bzw. abzusaugenden Gase in die Atmosphäre abgegeben werden, nachdem irgendwelche brauchbaren Substanzen von den Gasen in Übereinstimmung mit bekannten Techniken entfernt worden sind. Die Gärungsflussigkeit innerhalb des Behälters wird ungefähr auf einer optimalen Temperatur gehalten, was beispielsweise mittels einem Wassermantel 27 und einer Rohrleitung 28 geschehen kann, mit denen entweder eine Kühlung oder eine Erwärmung bzw. Erhitzung der Flüssigkeit je nach Erfordemis vorgenommen werden kann. Obwohl in der Zeichnung nicht dargestellt, kann der Gärbehälter 10 außerdem mit Entschaumungsvorrichtungen, mit einer oder mehreren Öffnungen für die Einführung irgendwelcher erforderlicher Zusätze oder für das Einbringen und die Entfernung von Elektroden usw. ausgerüstet sein.
Um eine kontinuierliche Gärung bzw. Fermentation im Behälter 10 gemäß der Erfindung, der so aufgebaut ist, wie er vorstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 beschrieben wurde, einzuleiten, wird der Behälter zunächst mit einem gewünschen Substrat bzw. Nährboden (beispielsweise Ndhrflüssigkeit) bis zu einem vorbestimmten Nivau gefüllt und dann in der üblichen Weise mit den gewünschten aktiven Mikroorganismen geimpft bzw. versehen, die mit einem geeigneten Nährboden kultiviert worden sind. Man läßt dann das Substrat (Substanz, beispielsweise Flüssigkeit) innerhalb des Kessels auf einer Schub- bzw. Satzbasis zum Gären kommen, während es in jeder der Abteilungen 15 umgerührt und belüftet wird, bis die darin enthaltenen Mikroorganismen sich ausreichend vermehrt haben.
Der interne Aufbau des Gärbehälters gemäß der Erfindung ist derart, daß die Zeitpunkte, in denen die kontinuierliche Einführung frischen Substrats (z.B.
Flüssigkeit) und die kontinuierliche Abnahme ge- bzw. vergärter Flüssigkeit begonnen wird, vorzugsweise unter sorgfältiger Berücksichtigung der "Kapazitätsverzögerung" des Behälters und der mittleren Verweilzeit der Gärflüssigkeit im Behälter bestimmt werden. Wenn beispielsweise das mit einer vorbestimmten Einspeisungsrate durch den Einlaß 11 in den Behälter eingespeiste frische Substrat (beispielsweise Nährboden, Nährflüssigkeit o.
dgl.) dazu führt, daß eine entsprechende Änderung des Flüssigkeitsniveaus in der Nähe des Auslasses 12 in einer Stunde nach dem Beginn der Einführung von Substrat erfolgt, dann sagt man, daß die Kapazitätsverzögerung dieses Behälters 1 Stunde beträgt.
In diesem Falle sollte die kontinuierliche Einführung frischen Substrats etwa 1 Stunde vor dem Zeitpunkt anfangen,an welchem die Organismenkonzentration der Gärflüssigkeit innerhalb des Behälters einen vorgewählten Prozentsatz erreicht, und die kontinüierliche Entnahme der fertiggestellten Flüssigkeit sollte begonnen werden, nachdem danach ungefähr eine Stunde vergangen ist. Auch ist zu berücksichtigen, daß dann, wenn die mittlere Verweilzeit der Gärungsflüssigkeit im Behälter beispielsweise auf 10 Stunden festgesetzt werden soll, mit der kontinuierlichen Einführung von frischem Substrat etwa 10 Stunden vor Vollendung der Gärung der Flüssigkeit innerhalb des Behälters begonnen werden sollte.
Infolgedessen muß unter den vorstehend beispielsweise angenommenen Bedingungen mit der kontinuierlichen Einführung frischen Substrats insgesamt etwa 11 Stunden vor Vollendung des Gärschub- bzw. satzbetriebes begonnen werden, während mit dem kontinuierlichen Abziehen vergärter Flüssigkeit etwa 10 Stunden vor diesem Zeitpunkt begonnen werden soll. Auf diese Weise erreicht die Konzentration einer gewünschten Substanz im Ablauf vom Behälter einen vorbestimmten Prozentgehatt in etwa 11 Stunden nach dem Anfang der kontinuierlichen Einführung frischen Substrats.
Es gibt einen anderen Weg zum Einleiten einer kontinuierlichen Gärung im Behälter 10 der Fig. 1. Der Behälter wird zunächst mit einer angemessenen kleinen Menge gewünschten Substrats beladen, die dann mit einer entsprechenden kleinen Menge gewünschter aktiver Mikroorganismen geimpft bzw. versehen wird. Das Substrat innerhalb des Behälters wird dann einer Schub- bzw.
Satzgärung ausgesetzt, während es durch die in den Fig. 1 und 2 gezeigten Vorrichtungen gerührt und belüftet wird. Wenn die Organismenkonzentration der Gärungsflüssigkeit innerhalb des Behälters einen Prozentsatz erreicht, der zeigt, daß sich die Organismen in ihrer aktivsten Wachstumsperiode befinden (dem Fachmann als die "logarithmische Wachstumsphase" bekannt), wird mit der kontinuierlichen Einführung frischen Substrats begonnen. Die kontinuierliche Entfernung der ge- bzw. vergörterten Flüssigkeit wird eingeleitet, wenn die Flüssigkeit innerhalb des Behälters ein vorbestimmtes Niveau erreicht. Die Einspeisungsrate flüssigen Substrats in den Behälter sollte so bestimmt werden, daß das vorbestimmte Flüssigkeitsniveau in der gleichen Zeitdauer erreicht wird, wie diejenige Zeitdauer, die erforderlich für die Vollendung der anfänglichen Schub- bzw. Satzgärung ist.
Unabhängig von der Art und Weise, in der eine kontinuierliche Gärung in dem Behälter 10 eingeleitet wird, ist es wichtig, daß die Verdünnungsrate der Mikroorganismen am oder in der Nähe des Flüssigkeitseinlasses des Behälters geringer als deren spezifische Wachstumsrate in der vorerwähnten logarithmischen Wachstumsphase ist. Wenn das nicht der Fall ist, d.h., wenn die Vermehrung der Mikroorganismen nicht ausreicht, um deren Verdünnung aufgrund der kontinuierlichen Einführung frischen Substrats auszugleichen, dann besteht die Möglichkeit, daß alle Mikroorganismen durch die aus dem Behälter ausfließende Flüssigkeit aus dem Behälter herausgetragen werden.
Um nun die Möglichkeit des totalen Auswaschens der Mikroorganismen zu vermeiden, muß ein kontinuierlicher Nachschub aktiver Mikroorganismen zusammen mit dem Substrat in den Behälter eingespeist werden. Zu diesem Zweck kann ein umgerührter Tank 30 bekannter Konstruktion vorgesetzt werden, wie in Fig. 1 veranschaulicht ist. Der dargestellte Tank 30, der als solcher zum Stande der Technik gehört, weist eine Rührvorrichtung in Form eines oder mehrerer Flügel- bzw. Schaufel paare 31 auf, die fest auf einer umdrehbaren Welle 32 angebracht sind, sowie eine Belüftungsvorrichtung in Form einer Leitung 33, die mehrere Öffnungen besitzt, durch welche Luft unter Druck in die Gärungsflüssigkeit innerhalb des Tcnks eingelassen wird. Die Welle 32 der Rührvorrichtung ist über ein Übertragungsgetriebe 35 an einen Motor 34 angekoppelt, während die Leitung 33 der Belüftungsvorrichtung mit der vorerwähnten Druckluftquelle zur Zufuhr von Luft in den Gärbehälter 10 in Verbindung steht. Der Tank 30 ist weiterhin mit einer Abführungs- bzw.
Absaugleitung 36 ausgerüstet, durch die abzuführende bzw. abzusaugende Gase an die Atmosphäre abgegeben werden.
Ein gewünschtes Substrat bzw. ein gewünschter Nährboden o. dgl. wird aus einem Behälter 37 in den Tank 30 eingebracht, wo eine kontinuierliche Gärung ausgeführt wird, während sich die erforderlichen Mikroorganismen in ihrer logarithmischen Wachstumsphase befinden. Das Substrat kann natürlich auch, wie vorstehend bereits erwähnt, direkt in den Gärbehälter 10 eingespeist werden. Die unvollständig vergärte Flüssigkeit, die Mikroorganismen in ihrem aktivsten Zustand enthält, wird dann kontinuierlich vom Tank 30 durch dessen Flüssigkeitseinlaß 11 mittels einer Pumpe 38, welche die Flüssigkeit mit einer gewünschten Einspeisungsrate einspeisen kann, in den Behälter 10 eingespeist. Es wurde nachgeprüft bzw. festgestellt, daß auf diese Weise der wirkungsvollste bzw. nutzbringendste Gärvorgang im Hinblick auf die effektive Verwendung der Behälterkapazität erreicht wird.
Außerdem kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl von Gärkesseln 10, wie in Fig. 1 dargestellt, in Reihe miteinander verbunden werden, damit man einen größeren Ausstoß erzielt. In Fig. 3 ist ein Beispiel eines solchen Gärsystems veranschaulicht, was drei Behälter 10 a, 10 b und 10 c umfaßt, von denen jeder im wesentlichen identisch wie der Behälter 10 der Fig. 1 aufgebaut ist. Es sei darauf hingewiesen, daß die Behälter 10 a - 10 c vertikal übereinander angeordnet sind, so daß si ch ein minimaler Installationsraum ergibt und die Notwendigkeit ausgeschaltet wird, Pumpen o. dgl.
zum Fördern der Gärungsflüssigkeit von einem Behälter zum nächsten Behälter vorsehen zu müssen.
Vorzugsweise ist der Einlaß 11 a des obersten Behälters 10 a mit dem Behälter 37 verbunden, welcher das gewünschte zu vergärende Substrat (bzw. Substanz) bzw. den zu vergärenden Nährboden enthält, sowie mit dem mit einer Rührvorrichtung versehenen Tank 30, wie es bei dem Gärsystem der Fig. 1 der Fall ist. Die Gärungsflüssigkeit im Behälter 10 a wird so geführt, daß sie aus dem Auslaß 12 a dieses Behälters in den mittleren Behälter 10 b durch den Einlaß 11 b und dann durch den Auslaß 12 b dieses mittleren Behälters 10 b in den untersten Behälter 10 c durch dessen Einlaß 11 c fließt. Die auf diese Weise erzeugte vollständig vergärte Flüssigkeit wird über den Auslaß 12 c des untersten Behälters 10 c in den Behälter 14 entladen.
Andere Einzelheiten des Ausbaus des Gärungssystems der Fig. 3 sind aus der Zeichnung ersichtlich (bzw. aus der Beschreibung des Gärsystems der Fig.
1 und 2, da entsprechende Bezugszeichen verwendet worden sind, die lediglich kleine Buchstaben als Zusätze aufweisen), und ein ins Einzelne gehendes Verfahren zum Ausführen einer kontinuierlichen Gärung mittels dieses Systems wird in dem Beispiel IV der Erfindung weiter unten beschrieben.
Gemäß dem kontinuierlichen Gärungsverfahren und der hier beschriebenen Apparatur werden gewünschte Mikroorganismen dazu gebracht, im wesentlichen in der gleichen Weise wie in üblichen Schub- bzw. Satzgärungen zu wachsen bzw. zuzunehmen, eine große Verbesserung des Gärungsgrndes und der Gärungswirksamkeit bzw. -ausbeute bzw. -leistung zur Folge hat.
Die Gärungsrate beim Verfahren und Vorrichtung der Erfindung ist außerdem größer als diejenige eines Schub- bzw. Satzbetriebs, wenn der umgerührte Tank 30 vorgesetzt wird, wie in den Fig. 1 und 3 veranschaulicht ist, um den Gärungsbehälter 10 oder 10 a der Erfindung Substrat bzw. Nährboden zuzuführen, das bzw. der aktive Mikroorganismen enthält.
Beim Ausführen der kontinuierlichen Essiggärung gemäß den Konzeptionen der Erfindung kann der Betrieb zu jedem Zeitpunkt unterbrochen werden, ohne daß man zuviel Besorgnis wegen des restlichen Alkohol gehalts der Gärungsflüssigkeit walten lassen muß, wie es im Falle der bewegten bzw. umgerührten Tanks gemäß dem Stande der Technik notwendig ist, da die kontinuierliche Gärung gemäß der Erfindung im wesentlichen in der gleichen Weise wie ein Schub- bzw. Satzbetrieb fortschreitet, wie vorstehend erwähnt wurde. Infolgedessen bewirken, insbesondere dann, wenn eine Mehrzahl von Gärungskesseln gemäß der Erfindung in der in Fig. 3 dargestellten Weise miteinander verbunden sind, einige Fluktuationen bzw. Schwankungen im Zustand der kontinuierlichen Gärung im ersten der in Reihe geschalteten Behälter keine merkliche Veränderung in den Eigenschaften der fertiggestellten vergärten Flüssigkeit, die vom letzten Behälter erhalten wird. Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung gestatten auf diese Weise die Ausführung verschiedener +) was Gärungen unter weniger strenger Beaufsichtigung bzw. Überwachung.
Für die Glutaminfermentation bzw. -gärung, die Zitronensäuregärung und andere Gärungen, die in zwei getrennten Behältern durchzuführen sind, kann der Gärungsbehälter gemäß der Erfindung mit dem umgerührten Tank bekannter Konstruktion kombiniert werden, wie in Fig. 1 veranschaulicht ist. Der vorgesetzte Tank kann für die Fortpflanzung der erforderlichen Organismen verwendet werden, und der zweite Behälter für die tatsächliche Gärung bzw. Fermentation des Substrats bzw. Nährbodens, und zwar unter unterschiedlichen Bedingungen der Temperatt;r, der Luftzufuhr, des Umrührens bzw. der Bewegungsbehandlung, des pH, der Substrat- bzw. Nährbodendichte u. dgl. Da die kontinuierliche Gärung bzw. Fermentation im zweiten Behälter im wesentlichen in Übereinstimmung mit einem Schub-bzw. Satzbetrieb ausgeführt wird, kann das Substrat bzw. der Nährboden wirkungsvoll bzw. leistungsfähig in die gewünschte Verbindung umgewandelt werden. Es sei weiterhin darauf hingewiesen, daß das System der Fig. 1 in gleicher bzw. ähnlicher Weise für die Kultivierung und Fermentation bzw. Gärung von Bäckerhefe auf kontinuierlicher Basis mit außerordentlich verbesserten Ergebnissen angewandt werden kann.
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr an einigen bevorzugten Beispielen näher erläutert. Sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
Beispiel I Der in Fig. 1 veranschaulichte Gärbehälter 10 wurde mit einem Außendurchmesser von 40 cm, einer Länge von 120 cm und einer Kapazität von 130 1 für die kontinuierliche essigsaure Gärung benutzt. Das Substrat bzw. der Nährboden wurde durch alkoholische Fermentation bzw. Gärung von Malzsaft bzw. -bruhe bereitet, und seine Azidität und Alkoholkonzentration wurden auf 2,4 bzw. 5% durch Hinzufügung von Alkohol und Essig, der aus Alkohol hergestellt worden war, eingestellt.
Der Gärbehälter mit den obigen Abmessungen wurde mit 125 Litern des Substrats beladen, die dann mit 5 Litern der Keime aktiver Essigsäurebakterien geimpft wurdeh, welche auf einem in geeigneter Weise hergestellten Nährboden kultiviert worden waren. Das geimpfte Substrat wurde während 12 Stunden sowohl belüftet als auch gerUhrt bzw. einer Bewegungsbehandlung unterzogen, wobei am Ende dieser Zeit die Bakterienkonzentration der Gärungsflüssigkeit ungefähr doppelt so groß war, was zu einem beachtlichen Anstieg der Säureproduktion führte.
Es wurde dann frisches Substrat kontinuierlich in den Gärungsbehälter eingeführt, und zwar mit einer Volumeneinspeisungsrate von 4,5 1 pro Stunde, und die vergärte Flüssigkeit wurde auch kontinuierlich mit der gleichen Rate aus dem Behälter abgezogen. Die vergärte Flüssigkeit vom Behälter zeigte eine maximale Azidität in etwa 14 Stunden nach dem Beginn der kontinuierlichen Einführung frischen Substrats.Mit der oben spezifizierten Einspeisungsrate, d.h., bei Aufrechterhaltung einer mittleren Verweilzeit von 28,88 Stunden der Gärungsflüssigkeit im Behälter, wurde die kontinuierliche Einführung von frischem Substrat und die kontinuierliche Abnahme vergärter Flüssigkeit in 90 Stunden ausgeführt, wobei nach Verstreichen dieser Zeit die Eigenschaften des Abflusses vom Behälter vollständig stabilisiert waren, und zwar mit einer Azidität von 7,1% und einer Alkoholkonzentration von 0,05%. Dieser stationäre Zustand kontinuierlicher Gärung wurde danach aufrechterhalten.
Die Gärungsrate betrug insgesamt 0,159 % pro Stunde, die Gärungswirksamkeit bzw. -ausbeute war 91,7% und der Gärungsgrad betrug 99%. Das Fertigprodukt besaß eine hohe Qualität während des gesamten kontinuierlichen Gärungsvorganges bzw. -betriebs.
Beispiel II Die kontinuierliche essigsaure Gärung des gleichen Substrats, wie es in Beispiel I benutzt worden war, wurde durch die kombinierte Verwendung des umgerührten Tanks 30 der Fig. 1 und eines Gärbehälters mit genau dem Aufbau, wie er in Fig. 1 veranschauticht ist, jedoch mit Ausnahme der weggelassenen Zwischenwände 1 und der Abmessungsspezi fizi erungen gemäß Beispiel 1 durchgeführt. Der umgerührte Tank, der im Labormaßshb mit einer Kapazität von 90 Litern aufgebaut war, wurde mit 33,3 Litern des Substrats beloden, das dann mit 5 Litern von Keimen aktiver Essigsäurebakterien geimpft wurde, die in einem präparierten Nährboden kultiviert worden waren.
Das geimpfte Konzentrat konnte dann während einer Zeitdauer von 12 Stunden auf einer Schub- bzw. Satzbasis gären, wobei am Ende dieser Zeitdauer die Bakterienkonzentration der Gärungsflüssigkeit ungefähr doppelt so groß war, was zu einer bemerkenswerten Zunahme der Säureproduktion führte. Das frische Substrat wurde dann kontinuierlich aus dem Behälter 37 in den Tank 30 eingeführt, und zwar mit einer volumenmäßigen Einspeisungsrate von 7,2 Litern pro Stunde und einer mittleren Verweilzeit von 4,55 Stunden, während die fertig bearbeitete Flüssigkeit mittels der Pumpe 38 kontinuierlich abgezogen wurde. In etwa 15 Stunden nach dem Einleiten der kontinuierlichen Einführung von Substrat war der stationäre Zustand der kontinuierlichen Gärung realisiert worden, und zwar mit einer Bakterienkonzentration von 0,15 g pro Liter und einer Azidität von 3,2%.
Der oben beschriebene Gärungsbehälter wurde dann mit dem Tank 30 verbunden, wie in Fig. 1 gezeigt, so daß der Ablauf vom Tank kontinuierlich in den Behälter strömen konnte. Die unvollständig vergärte Flüssigkeit, die auf diese Weise in den Behälter eingespeist wurde, erreichte das vorbestimmte Niveau in 18,1 Stunden, wonach das kontinuierliche Abziehen der Flüssigkeit aus dem Behälter eingeleitet wurde. Die Eigenschaften des Ablaufs aus dem Behälter wurden in etwa 50 Stunden nach dem Beginn des kontinuierlichen Abziehens stabil, und zwar mit einer Azidität von 7,0% und einer Alkoholkonzentration von 0,25%. Die mittlere Verweilzeit der Gärungsflüssigkeit im Behälter betrug 18,1 Stunden.
Die Gärungsrate des Gesamtsystems, umfassend den gerührten Tank 30 und den Gärungsbehälter, der nicht mit den Zwischenwänden 16 versehen war, betrug 0,2% pro Stunde; die Gärungswirksamkeit bzw. -ausbeute war 93,6%, und der Gärungsgrad betrug 95%.
Vergleichsweise wurden 50 Liter des gleichen Substrats bzw. Nährbodens während 25 Stunden im gerührten Tank 30 einer essigsauren Schub- bzw. Satzgärung unterworfen, wobei das dann fertiggestellte Produkt eine Azidität von 7,0% und eine Alkohol konzentration von 0,25% aufwies. Die Gärungsrate betrug 0,182% pro Stunde.
Wenn ebenfalls zum Vergleich eine kontinuierliche Gärung mittels des gleichen Tanks ausgeführt wurde, bei der die mittlere Verweilzeit der Gärungsflüssigkeit auf 22 Stunden festgesetzt worden war, zeigte das fertiggestellte Produkt eine Azidität von 6,4% und eine Alkoholkonzentration von 0,8%. Die Gärungsrate betrug 0,182% pro Stunde.
Infolgedessen ist die mittlere Verweilzeit der Flüssigkeit, die durch das kombinierte System der Fig. 1 vergärt wird, ungefähr 2,35 Stunden als diejenige der Flüssigkeit, welche nur mittels des gerührten Tanks auf einer Schub- bzw.
Satzbasis vergärt wurde. Darüber hinaus sind der Gärungsgrad und die Gärungswirksamkeit bzw. -ausbeute bei der Anwendung der Erfindung um 11 bzw.
1,5% höher als bei einer kontinuierlichen Gärung mittels ausschließlicher kürzer Verwendung des umgerührten Tanks.
Beispiel III Das Gesamtgärungssystem der Fig. 1 (einschließlich des Gärungsbehälters 10, der mit den Zwischenwänden 16 ausgerüstet war) wurde für eine kontinuierliche essigsaure Gärung des im Beispiel I beschriebenen Substrats benutzt. Die Dimensionen und die anderen Daten, welche den umgerührten Tank 30 und den Gärungsbehälter 10 betreffen, sind ebenfalls so, wie sie in den vorstehenden Beispielen beschrieben worden sind. Der Vorgang bis zu dem Schritt, bei dem der stationäre Zustand kontinuierlichen Betriebs im umgerührten Tank 30 realisiert worden war, ist der gleiche wie im Beispiel II, jedoch mit der Abänderung, daß der Tank zunächst mit 50 Litern des Substrats beladen wurde und, nach Vollendung der Schub- bzw. Satzgärung kontinuierlich mit frischem Substrat und einer Rate von 11 Litern pro Stunde versorgt wurde.
Als der stabilisierte kontinuierliche Zustand der Gärung im umgerührten Tank 30 in der vorbeschriebenen Weise erreicht worden war, wurde der Abfluß von diesem Tank kontinuierlich in den Gärbehälter 10 gemäß der Erfindung eingeführt. Die unvollständig vergärte Flüssigkeit, die auf diese Weise in den Behälter 10 eingespeist wurde, erreichte das vorbestimmte Niveau in 11,8 Stunden, wonach ein kontinuierliches Abziehen von Flüssigkeit von diesem Behälter eingeleitet wurde. Die Eigenschaften der vergärten Flüssigkeit, die aus dem Behälter abgezogen wurde, wurden in ungefähr 36 Stunden nach dem Einleiten ihres kontinuierlichen Abziehens stabil, und zwar mit einer Azidität von 7,1% und einer Alkoholkonzentration von 0,2%. Die mittlere Verweilzeit der Gärungsflüssigkeit im Behälter betrug 11,8 Stunden.
Die Gärungsrate des Gesamtsystems unter Einschluß des umgerührten Tanks 30 und des Gärbehälters 10 betrug 0,288% pro Stunde, die Gärungswirksamkeit bzw. -ausbeute war 94,6%, und der Gärungsgrad betrug 96%. Aufgrund der Tatsache, daß Zwischenwände 16 vorgesehen waren, war die mittlere Verweilzeit der Gärungsflüssigkeit im Behalter 10 um 6,3 Stunden kürzer als dieienige des Beispiels in, und der Garungsgrad war 1% größer als derjenige des Beispiels II.
Beispiel IV Das Gärungssystem der Fig. 3, das den umgerührten Tank und die in Reihe miteinander verbundenen Gärungsbehälter 10 a bis 10 c aufwies, wurde für die kontinuierliche essigsaure Gärung des im Beispiel 1 beschriebenen Substrats benutzt. Die Dimensionen und die anderen Daten, welche den Tank 30 und jeden der Behälter 10 a bis 10 c betreffen, sind auch genau die gleichen, wie sie in den Beispielen 1 und II spezifiziert wurden. Der Garungsvorgang im Tank 30 wurde unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel III eingeleitet und stabilisiert. Als der stabilisierte kontinuierliche Zustand der Gärung im Tank realisiert worden war, wurde der Ablauf von diesem Tank kontinuierlich in den obersten Gärungskesset 10 a eingefbhrt, und zwar mit einer Rate von 11 Litern pro Stunde, während gleichzeitig das frische Substrat ebenfalls direkt in den Behälter 10 a vom Vorratsbeholter 37 mit einer Rate von 15,4 Litern pro Stunde eingespeist wurde. Der oberste Garungsbehalter 10 a wurde infolgedessen kontinuierlich mit einer Mischung von unvollständig vergärter Flüssigkeit aus dem Tank 30 und frischer Flüssigkeit aw dem Vorraftbehälter 37 versorgt, und zwar mit einer Gesamtrate von 26,4 Litern pro Stunde, und die in den Behälter 10 a eingespeiste Flüssigkeit erreichte das vorbestimmte Niveau in 4,93 Stunden, woraufhin veranlaßt wurde, daß die Gärungsflüssigkeit vom obersten Behälter 10 a in den mittleren Behälter 10 b floß.
Der mittlere Behälter 10 b wurde ebenfalls bis zum vorbestimmten Niveau in 4,93 Stunden gefüllt, und der Ablauf von diesem Behälter wurde in den untersten Behälter 10 c eingespeist. Als der unterste Behälter 10c bis zu seinem vorbestimmten Niveau in 4,93 Stunden gefüllt worden war, wurde mit dem kontinuierlichen Abziehen bzw. Entnehmen von Flüssigkeit aus diesem Behälter begonnen. Die Eigenschaften der vergärten Flüssigkeit, die aus dem untersten Behälter abgezogen wurde, wurden in ungefähr 48 Stunden nach dem Beginn des kontinuierlichen Abziehens stabil, und zwar mit einer Aziditdt von 7,1% und einer Alkoholkonzentration von 0,2%. Die mittlere Verweilzeit der Gärungsflüssigkeit in den drei Behältern in Reihe betrug 14,8 Stunden.
Die Gärungsrate des gesamten Systems, das den umgerührten Tank 30 und die Behälter 10 a bis 10 c umfaßtes war 0,268 % pro Stunde, die Gärungswirksamkeit bzw. -ausbeute betrug 94%, und der Gärungsgrad war 96%.
Die Gesamtkapazität der drei miteinander verbundenen Behälter, die in diesem Beispiel benutzt wurden, beträgt das Dreifache der Kapazität des einzigen Behälters, der in Beispiel III benutzt worden war, während die Kapazität des verwendeten umgerührten Tanks in'den beiden Beispielen die gleiche war, so daß die Gesamtkapazität des Tanks und der Behälter im vorliegenden Beispiel IV das 2,44fache derjenigen des Beispiels III ist. Die stündliche Erzeugungsrate an fertiggestellter vergärter Flüssigkeit ist, im wesentlichen im Verhältnis zur vorstehend erhöhten Gesamtkapazitat stehend, gemäß dem vorliegenden Beispiel 2,4 mal so hoch wie diejenige des Beispiels lil. Es ist daher entsprechend verständlich, daß die größere Produktionsrate im wesentlichen allein durch Erhöhung der Anzahl der verwendeten Behälter 10 möglich gemacht worden ist.
Zusammengefaßt betrifft die Erfindung insbesondere einen Fermentations-bzw. Gärungsbehälter, der sich im wesentlichen horizontal erstreckt und dessen Inneres quer in eine Reihe von miteinander verbundenen Abteilungen unterteilt ist. Jede dieser Abteilungen ist mit einer Vorrichtung zu Be-bzw. Durchlüftung und zur Bewegungsbehandlung der Gärungsflüssigkeit versehen. Um mit diesem Behälter eine kontinuierliche Gärung durchzuführen, wird eine vorbestimmte Menge von Substrat bzw. Nährboden bzw.
zu vergärender Flüssigkeit zunächst in den Behälter eingeführt und dann mit einer Kultur der jeweils gewünschten Mikroorganismen geimpft. Das geimpfte Substrat kann auf einer Schub- bzw. Satzbasis bzw. ansatzwzise gären, und nach ausreichender Vermehrung der Mikroorganismen wird die kontinuierliche Einführung frischen Substrats eingeleitet. Alternativ kann eine unvollständig vercïrte Mischung der gewünschten Mikroorganismen und des Substrats kontinuierlich von einem vorgesetzten Tank älterer Ausführung eingespeist werden. Der Gärungsbehälter der Erfindung kann in Reihe mit einem oder mit mehreren identischen Behältern verbunden werden, um einen erhöhten Ausstoß zu erreichen.
Es sei darauf hingewiesen, daß überall dort, wo von einem "Schub- bzw.
Satzbetrieb" die Rede ist, auch der Begriff "ansatzweise" verwendet werden kann.

Claims

PATEN TAN SPRÜCHE

) Kontinuierliches Fermentations- bzw. Gärungsverfahren, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: Verwendung eines Fermentations- bzw. Gärungsbehäl ters, der horizontal längs verläuft bzw. langgestreckt ist und dessen Inneres quer in eine 'Reihe von miteinander in Verbindung stehender Abteilungen unterteilt ist; Einführung einer vorbestimmten Menge frischen Substrats in den Fermentations- bzw. Gärungsbehälter; Impfen des Substrats mit einer aktiven Kultur gewünschter Mikroorganismen, wodurch das Substrat dazu gebracht wird, auf ansatzweiser Basis zu gären, während es gleichzeitig in jeder dieser Abteilungen be- bzw. durchlüftet und einer Bewegungsbehandlung ausgesetzt wird, währenddessen eine ausreichende-Vermehrung der Mikroorganismen erfolgen kann; Beginn der kontinuierlichen Einführung frischen Substrats in den Gärungsbehälter mit einer kontrollierten bzw. gesteuerten Einspeisungsrate; das kontinuierlich in den Gärungsbehälter eingeführte Substrat wird zum Gären gebracht, wenn dieses nacheinander durch die Abteilungen strömt, während es gleichzeitig in jeder der Abteilungen be- bzw. durchlüftet und einer Bewegungsbehandlung ausgesetzt wird; und kontinuierliches Abziehen bzw. -nehmen der ge- bzw. vergärten Flüssigkeit aus dem Gärungsbehälter mit einer Rate, die gleich der Rate der kontinuierlichen Einführung des frischen Substrats ist.
2. Kontinuierliches Fermentations- bzw. Gärungsverfahren, insbesondere nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: Verwendung eines Gärungsbehälters, der horizontal längs verläuft bzw. Ianggestreckt ist und dessen Inneres quer~in eine Reihe von miteinander in Verbindung stehender Abteilungen unterteilt ist; kontinuierliche Einführung einer unvollständig fermentierten bzw.

vergärten Mischung aus gewünschten Mikroorganismen und Substrat (dem Fermentations- bzw. Gärungsprozeß zu unterwerfender Substanz bzw. Flüssigkeit) mit einer kontrollierten bzw. gesteuerten Einspeisungsiate in den Gärungsbeholter; Bewirkung des vollständigen Vergärens der Mischung, wenn diese nacheinander durch die Abteilungen strömt, während sie in jeder dieser Abteilungen gleichzeitig be- bzw.

durchlüftet und einer Bewegungsbehandlung ausgesetzt wird; und kontinuierliches Abziehen bzw. -nehmen der fermentierten bzw. vergärten Flüssigkeit aus dem Gärungsbehälter mit einer Rate, die gleich der Rate des kontinuierlichen Einführens der Mischung ist.
3. Kontinuierliches Fermentations- bzw. Görungsverfahren, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: Verwendung einer Mehrzahl von in Reihe miteinander verbundener Gärungsgefäße, von denen jedes horizontal langs verlaufend bzw. langgestreckt und im Inneren quer in eine Reihe von miteinander in Verbindung stehender Abteilungen unterteilt ist; kontinuierliche Einführung einer unvollständig vergärten Mischung aus gewünschten Mikroorganismen und Substrat (dem Gärungsprozeß zu unterwerfende Substanz bzw. Flüssigkeit) in den ersten Behälter der in Reihe miteinander verbundenen Gärungsbehälter; Bewirkung der vollständigen Vergärung der Mischung, wenn diese nacheinander durch die Behälter fließt sowie durch die Abteilungen in jedem der Behälter, während sie in jeder dieser Abteilungen gleichzeitig be- bzw. durchlüftet und einer Bewegungsbehandl ung ausgesetzt wird; und kontinuierliches Abziehen bzw.

-nehmen der vergärten Flüssigkeit vom letzten Behälter der in Reihe miteinander verbundenen Gärungsbehälter, und zwar mit einer Rate, die gleich der Rate der kontinuierlichen Einführung der Mischung in den ersten Behälter ist.
4. Kontinuierliches Fermentations - bzw. Gärungsverfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt der kontinuierlichen Einführung frischen Substrats in den ersten Behälter gleichzeitig mit der kontinuierlichen Einführung der unvollständig vergärten Mischung.
5. Vorrichtung zum Durchführen eines kontinuierlichen Fermentations-bzw. Gärungsverfahrens, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Kombination eines horizontal längs verlaufenden bzw. Ianggestrecktpn Behälters (10); einer Mehrzahl von Zwischenwänden (16), welche das Innere dieses Behälters in eine Reihe von miteinander in Verbindung stehender Abteilungen (15) unterteilt; eine oder mehrere Be- bzw. Durchlüftungsvorrichtungen (23), die in der Nähe des Bodens jeder der Abteilungen zum Zwecke der Be- bzw.

Durchlüftung einer darin befindlichen Gärungsflüssigkeit vorgesehen sind; und eine oder mehrere Bewegungsvorrichtungen, insbesondere eine oder mehrere Rührvorrichtungen (18, 19, 21, 22), die innerhalb jeder der Abteilungen zum Zwecke der Bewegungsbehandlung, insbesondere des Rührens, der in der Abteilung befindlichen Gärungsflüssigkeit vorgesehen sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Be-bzw. Durchlüftungsvorrichtung (23) wenigstens eine Leitung umfaßt, die sich in Längsrichtung des Behälters (10) in der Nähe von dessen Boden erstreckt und mit einer Druckluftquelle in Verbindung steht, wobei die Leitung eine Mehrzahl von in diese Abteilungen jeweils mündenden Durchgängen bzw. Öffnungen aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung für die Bewegungsbehandlung, insbesondere die Rührvorrichtung, eine umdrehbare Welle (19) aufweist, welche sich in Längsrichtung des Behälters (10) erstreckt, sowie eine Mehrzahl von Flügel- bzw. Schaufelpaaren (18), die fest auf der Welle angebracht sind, wobei diese Flügel- bzw. Schaufel paare jeweils innerhalb dieser Abteilungen (15) vorgesehen sind, insbesondere in jeder Abteilung ein oder mehrere Flügel- bzw. Schaufel paare.
8. Vorrichtung zur Durchführung eines kontinuierlichen Fermentations-bzw. Gärungsverfahrens, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Kombination einer Mehrzahl von sich horizontal längs erstreckenden bzw. langgestreckten Behältern (10 a bis 10 c),die miteinander in Reihe verbunden sind und im wesentlichen den gleichen Aufbau besitzen sowie je eine Mehrzahl von Zwischenwänden (16) aufweisen, welche das Innere jedes Behälters in eine Reihe von miteinander verbundenen Abteilungen (15 a) unterteilen; ein oder mehrere Be- bzw. Durchlüftungseinrichtungen (18 a, 19 a, 21 a, 22 a), die in der Nähe des Bodens jeder der Abteilungen zum Zwecke der Be- bzw.

Durchlüftung einer darin befindlichen Gärungsflüssigkeit vorgesehen sind; und eine oder mehrere Vorrichtungen zur Bewegungsbehandlung, insbesondere Rührvorrichtungen (18 a), die innerhalb jeder der Abteilungen zum Zwecke der Bewegungsbehandlung, insbesondere des Umrührens, der darin befindlichen Gärungsflüssigkeit vorgesehen sind; wobei vorzugsweise in jeder Abteilung eine Vorrichtung zur Bewegungsbehandlung und eine Be- bzw. Durchlüftungsvorrichtung vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Be-bzw. Durchlüftungseinrichtung (23 a) wenigstens eine Leitung aufweist, die sich in Längsrichtung jedes der Behälter (10 a bis 10 c) in der Nähe von dessen Boden erstreckt und mit einer Druckluftquelle in Verbindung steht sowie eine Mehrzahl von jeweils in die Abteilungen mündenden Durchlässen bzw. Öffnungen aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Bewegungsbehandlung, insbesondere die Rührvorrichtung eine umdrehbare Welle (19 a) aufweist, die sich in Längsrichtung jeder der Behälter (10 a bis 10 c) erstreckt, sowie eine Mehrzahl von Flügel- bzw. Schaufelpaaren (18 a), die fest auf dieser Welle angebracht sind und jeweils innerhalb der Abteilungen vorgesehen sind; wobei vorzugsweise in jeder Abteilung ein oder mehrere Flügel- bzw.

Schaufel paare angeordnet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter (10 a bis 10 c) im wesentlichen vertikal übereinander, vorzugsweise im wesentlichen in Fluchtung in Bezug aufeinander angeordnet sind.