DE2354556C3 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Vergärung von Maischen - Google Patents

Description

3. Verfahren nach Anspruch J oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz einer zellhaufen-, kugel-, flocken-, granula- oder klümpchenbildenden Hefe die Umlaufgeschwindigkeit des flüssigen Fermenterinhalts auf 5 bis 100 Zentimeter pro Sekunde eingestellt wird, wobei die Fließgeschwindigkeit in aufsteigender Richtung größer ist als die Sinkgeschwindigkeit der festen Partikel.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufgeschwindigkeit des flüssigen Fermenterinhalts auf 10 bis 20 Zentimeter pro Sekunde eingestellt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung eines der Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, gekennzeichnet durch einen Fermenter mit einem zur Erzielung einer Mammutpumpenwirkung sich nach oben verjündenden, vertikal angeordneten, eingebauten Schacht, der sich bis in die Nähe des Fermenterbodens erstreckt und dessen oberes Ende bis zum Flüssigkeitsspiegel reichend gestaltet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich am Schacht die absteigende Strömung vorbeilassende und einen Teil der im absteigenden Flüssigkeitsstrom aufsteigenden Gasblasen auffangende und das Gas über Öffnungen in den Schacht leitende dachartige Gasauffangvorrich

tungen angebracht sind.

7 Vorrichtung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß der Schacht zur Aufnahme eines Kühlmittels doppelwandig ausgebildet ist

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Vorgärung von Maischen für die Gewinnung von Alkohol und/oder Hefe-Biomassen in Gegenwart von Sauerstoff in einem Fermenter, aus welchem eine der Zulaufmengen an süßer Maische entsprechende Menge vergorener Maische abläuft, unter Umwälzung des Fermenterinhalts sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Obgleich zahlreiche Vorschläge fur kontinuierliche Verfahren zur Gewinnung von Gärungsalkohol und/oder Hefe-Biomasse bekannt sind, gibt es bis heute noch kein in jeder Hinsicht befriedigendes Verfahren. Da die biochemischen Vorgänge bei der Gärung noch unzureichend erforscht und vor allem die für eine optimale Gärung notwendigen Größen noch unbekanni sind und man es noch nicht gelernt hat, die bei allen Gärverfahren auftretenden Infekiionen mit artfremden Mikroorganismen (vor allem Milchsäurebazillen) mit einfachen Mitteln einzudämmen, besteht ein Bedarf nach einem Verfahren, das über längere Zeiträume bei geringstem Kontrollaufwand und vertretbarem Investitionsbedarf betneben werden kann.

Aus einer zu ungenauen Kenntnis des Gärungsablaufs heraus wurden bisher kontinuierliche Verfahren entwikkelt die mindestens zweistufig 1111 sogenannten Pfropfenströmungsverfahren (theoretisch mit unendlich vielen Stufen) oder bei einstufiger Verfahrensweise diskontinuierlich betrieben werden.

In der DTOS 16 42 693 wird ein kontinuierliches Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Prozesse der Hefevermehrung und der Gärung getrennt ablaufen. Der eigen.liche Gärprozeß, bei dem 90% der Maische umgesetzt werden, verläuft - durch Reinigungs- und Desinfektionsarbeiten unterbrochen - streng grnommen nicht kontinuierlich.

In der DT-AS 12 28 579 wird eir Verfahren zur Herstellung von Hefe beschrieben, mit dem man etwa 1 Woche lang kontinuierlich arbeiten kann und bei dem die Verfahrensbedingungen während der sogenannten Durchlaufphase konstant gehalten werden, wobei in den verschiedenen Stufen unterschiedliche Verhältnisse (Temperaturen, pH-Wert. Nährstoffkonzentration) herrschen.

In der DT-OS 21 51 574 wird ein mehrstufiges Verfahren vorgeschlagen, das ausdrücklich ohne Rückvermischung zwischen den einzelnen Stufen und ohne Sauerstoffdosierung bei der Gärung arbeiten soll und bei dem die Hefe außerhalb der Gärkoionne regeneriert werden muß.

In der FR-PS 2168 225 wird ein mindestens zweistufiges Gärverfahren beschrieben, bei dem in der ersten Stufe belüftet werden kann und bei dem die Hefe aus der zweiten Stufe über einen Separator zurückgefünrt wird.

Aus der DT-PS 8 14 134 ist es bekannt, bei der Hefebiomasseproduktion die gärende Maische im Gegenstrom zu aufsteigenden Luftbläschen zu führen und einen Kreislauf mittels Umlaufpumpe — außerhalb des Gärbottichs installiert — zu erzeugen.

Es wird als optimal beschrieben, wenn man die

vegetative (Vermehrungs-) Phase von der fermentativen (alkoholbildenden) Phase trennt. Für die Alkoholgewinnung wird eine Ausreifeapparatur genannt, in der keine homogenen Gärbedingungen herrschen.

Weiterhin sind Verfahren bekannt, bei oentn ein Teil der den Fermenter kontinuierlich verfassenden Hefe in einem gesonderten Verfahren auf verschiedenen Nährsubstraten vermehrt und regeneriert und dann wieder in den Fermenter zurückgeführt wird. Dabei sind die zeitlichen Abstände zwischen den Regenerierungsmaß nahmen noch zu groß.

Bei den bisherigen kontinuierlichen Verfahren zur Herstellung von Gärungsalkohol wird Sauerstoff nur in so geringen Mengen zur Verfugung gestellt, daß 1 Gramm im Fermenter befindliche Hefe weniger als 0,1 mg Sauer;toff/Std. verbrauchen kann, während bei den Verfahren zur Herstellung von Hefe-Biomasse Sauerstoff in solcher Menge und Form zur Verfügung gestellt wird, daß 1 Gramm Hefe während der mittleren Aufenthaltszeit im Fermenter (das entspricht der Verdoppelungs/eit der Hefe im Fermenter) mindestens 500 mg oder mehr Sauerstoff verbraucht.

Außerdem bestehen bei den mehrstufigen Verfuhren günstige Bedingungen für Infektionskeime. Ferner ist bei Verfahren ohne künstliche Durchmischung von Nachteil, daß der Fermenterinhalt nicht homogen genug vermischt wird und dadurch u. ä. örtlich Infektionen gut wachsen können.

Ein einstufiges kontinuierliches Gärverfahren mit homogenen Bedingungen im gesamten Fermentermhali ist noch nicht beschrieben worden.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein kontinuierliches Verfahren zur Maischevergärung zu entwickeln, welches auf einfachste Weise automatisierbar und insbesondere auch für enzymatisch verzuckerte Maische aus stärkehaltigen Rohstoffen anwendbar sein sollte. Die Bildung von Infektionskeimen war dabei möglichst niedrig zu halten. Die Vergärung stärkehaltiger Rohstoffe sollte hierbei soweit beschleunigt werden, daß bei Verwendung von entsprechenden Hefemengen im Fennenter etwa gleiche Zeiten für eine Endvergärung erreicht werden wie bei heute wesentlich schneller gärenden Maischen aus zuckerhaltigen Rohstoffen.

Erfindungsgegenstand ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Vergärang von Maischen für die Gewinnung von Alkohol und/oder Hefe-Biomassen in Gegenwart von Sauerstoff in einem Fermenter, aus welchen eine der Zulaufmenge an süßer Maische entsprechende Menge vergorener Maische abläuft, unter Umwälzung des Fermenterinhalts, wobei der gesamte flüssige Fermenterinhalt im Fermenter einstufig im Kreislauf mit einer solchen Geschwindigkeit geführt und die süße Maische unter rascher Durchmischung in mindestens einen Teil des umlaufenden Stroms so dosiert wird, daß im Fermenter im wesentlichen homogene Gärungsbe dingungen herrschen, und in mindestens einen Kreis laufteilstrom kontinuierlich Sauerstoff oder ein Sauer stoffgemisch eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die süße Maische in einer solchen Menge in den umlaufenden Strom der gärenden Maische gegeben wird, daß dabei eine Konzentration an vergärbarem Substrat, gerechnet als Glukose, von höchstens 5 Gramm pro Liter resultiert, daß bei der vorwiegenden Alkoholerzeugung die Zufuhr von Sauerstoff so dosiert wird, daß 1 Gramm im Fermenter befindliche Hefe 0,2 bis 5 Milligramm Sauerstoff pro Stunde verbrauchen kann, daß bei der Herstellung von Hefebiomasse die Zufuhr von Luft auf einen Sa-jerstoffverbrauch von höchstens 400 Milligramm pro Gramm produzierte Hefetrockensubstanz geregelt wird, und daß man mindestens einen Teil des bei der Gärung entstehenden Gases unter Anreicherung in einem Teil des flüssigen Fermenterinhalts für eine Mammutpumpenwirkung zur Erzielung des Kreislaufs nutzt.

Dieses Vergärungsverfahren wird mittels eines Fermenters mit einem zur Erzielung einer Mammutpumpenv» irkung sich nach oben verjüngenden, vertikal angeordneten, eingebauten Schacht, der sich bis in die Nähe des Fermenterbodens erstreckt und dessen oberes Ende bis zum Flüssigkeitsspiegel reichend ausgestaltet ist, durchgeführt.

Die Patentansprüche 2-4 und 6-7 stellen vorteilhafte Ausgestaltungen der Gegenstände der Patentansprüche 1 und 5 dar.

So wird der gesamte flüssige Fermenterinhalt in einer Kreislaufströmung geführt, wobei der Gesamtumlauf am besten nur wenige Minuten dauern soll und die süße Maische in einer solchen Menge in den umlaufenden Strom der gärenden Maische gegeben wird, daß dabei eine möglichst schnelle Vermischung erfolgt, wobei eine Konzentration an vergärbarem Substrat, gerechnet als Glukose. \on höchstens 5 g/l und besser weniger als 1 g/l resultiert, so daß im Fermenter praktisch überall im wesentlichen Endvergärungsbedingungen herrschen. Mindestens in einen Kreislaufteilstrom wird beim erfindungsgemäßen Gärverfahren kontinuierlich Sauerstoff oder ein Sauerstoffgemisch in einer solchen Menge eingebracht, daß t Gramm im Fermenttr befindliche Hefe mindestens 0.2 mg Sauerstoff/Std. verbrauchen kann.

Wenn vorwiegend Alkohol erzeugt werden soll, ist die Zufuhr von Sauerstoff so. daß 1 Gramm im Fennenter befindliche Hefe 0.2 bis 5 mg Sauerstoff/Std.. noch besser 0,4 bis 5 mg Sauerstoff/Std., verbrauchen kann.

Bei der Herstellung von Hefe-Biomasse hat es sich erfindungsgemäß als besonders zweckmäßig erwiesen, die Menge an zugegebenem Sauerstoff so zu regeln, daß 1 Gramm Hefe während ihrer Verdoppelungszeit (d.i. bei kontinuierlichen Verfahren die mittlere Aufenthaltszeit der Hefe im Fermenter) höchstens 400 mg Sauerstoff verbraucht, um eine möglichst hohe Hefeaus beute, bezogen auf das Substrat, wie Glukose, zu erhalten. Der Sauerstoffverbrauch für optimale Ausbeuten liegt am günstigsten bei 350 — 400 mg Sauerstoff prc Gramm produzierte Hefetrockensubstanz.. Bei höheren-Sauerstoffverbrauch wird zuviel Subs'rai veratmet unc die Ausbeute sinkt.

Die Kreislaufaufführung des flüssigen Fermenterin halts erfolgt zweckmäßig unter Ausnutzung mindesten· eines Teils des bei der Gärung entstehenden Gases indem Gas in einem Teil des flüssigen F?rmenierinhalt: für eine Mammutpumpenw'rkung zur Erzielung de Kreislaufs angereichert wird.

Hie erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchfüh rung des Verfahrens mit einer definierten Selbstumwäl Zung des Fermenterinhalts ist bereits genannt. Mit den im Fermenter sich nach oben verjündenden, schachtför migen, vertikal angeordneten Schacht, der bis in di Nähe des Fermenterbodens und bis zum Flüssigkeit spiegel reicht, wird infolge der relativen Gasanreiche rung im oberen Schacht eine Mammutpumpenwirkun erzeugt, durch die an der Sohle des Fcmentcrs ein Saugströmung in Richtung auf den Schacht entsteht. Di Mammutpumpenwirkung kann insbesondere bei gerir

ger Gasentwicklung, wie ζ. B. bei der Methangärung, erfindungsgemäß dadurch gesteigert werden, daß außerhalb des Schachtes von der Vertikalen abweichende dachartige Gasauffangvorrichtungen angebracht werden, die das im absteigenden Flüssigkeitsstrom aufsteigende Gas auffangen und es durch geeignete Öffnungen in den Schacht einleiten, wo es verteilt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung sollen im folgenden anhand von Zeichnungen und Beispielen näher erläutert werden:

Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem hier rechteckigen Fermenter (1). (2) ist ein vertikaler Schacht, der bis zum Flüssigkeitsspiegel (3) oder (4) reicht und sich in einem Abstand vom Flüssigkeitsspiegel verjüngt (5), so daß während der Gärung eine relative Gasanreicherung im oberen Schachtteil (6) gegenüber dein minieren Gasgehalt im Fermenterinhalt resultiert, was zu einer Mammutpumpenwirkung im Schacht (2) führt, wodurch wiederum an der Sohle des Fermenters (7) die durch Pfeile (8) gekennzeichneten Strömungen /um Schlicht hin erzeugt werden. Die Strömungsgeschwindigkeiten sind so groß, daß die in der gärenden Maische vorhandenen Partikel und Hefeklümpchcn sich nicht absetzen können. Die aus dem Schacht oben abfließende Maische gibt die enthaltenen Gasblascn (in Pig. I punktiert angedeute;) an die über dem Flüssigkeitsspiegel (3, 4) befindliche Gasphase ab. Durch ein Prallblech (9) wird verhindert, daß mitgerissene Tröpfchen in den Gasablauf (10) gelangen können. Der Flüssigkeit- und Hcfekreislauf wird geschlossen durch einen absteigenden Strom, gekennzeichnet durch Pfeile (11). Der Zulauf für frische Maische kann zweckmäßig am unteren F.nde des Schachtes, z. B. bei (12). in den Fcrmcntcr gegeben werden. Auch die Zugabe von Sauerstoff, z. B. in Form von reinem Sauerstoff oder in Form von Luft, kann zweckmäßig in den Schacht. z.B. bei (13) erfolgen, wodurch die Mainmutpumpcnwirkung im Schacht noch unterstützt wird. Die Sauerstoffzufuhr kann jedoch auch an anderen Stellen im Fermenter erfolgen, z. B. im Gegenstrom in den absteigenden Flüssigkeitsstrom (11). Flüssigkeit kann entweder über einen einfachen Ablauf (14) oder einen mit Bcruhigungszonc (15) ausgerüsteten Ablauf (16) oder dgl. aus dem Fermenter abfließen.

In Fig. 2 sind seitlich am Schacht (2) dachartige Gasauffangvorrichtungen (17) angebracht, die so angeordnet sind, daß sie die absteigende Strömung (11) vorbeilassen und einen Teil der im absteigenden Flüssigkeitsstrom aufsteigenden Gasblasen auffangen und das Gas (22) über geeignete Öffnungen (18) in den Schacht leiten. Der Schacht selbst kar.n durch weitere Einbauten (19) in mehrere Schächte unterteilt werden, so daß beispielsweise der sauerstoffhaltige Teil der Maische langsamer aufsteigt, bedingt durch den höheren Flüssigkeitsspiegel (3a/ so daß eine bessere Sauerstoffausnutzung erfolgt.

Die Form des Schachtes braucht nicht rechteckig zu sein; so kann man z. B. bei zylindrischen Fermentern einen ringförmigen Schacht benutzen. Es ist auch möglich, den Fcrmcnter entspr. F i g. 3 mit vertikal aufgestellten, rohrartigen, sich erfindungsgemäß nach oben hm verjüngenden Einbauten (20) zu versehen, die für einen aufsteigenden Maischestrom sorgen, der noch durch kegelförmig an die Rohre angebrachte Gassammler (21). durch die zusätzliches Gas aus der absteigenden Maische in die Rohre eingeleitet werden kann, unterstützt wird.

[>ic sich nach oben verjungenden, schachiförmigcn Einbauten (20) können doppelwandig ausgebildet sein und Kühlmittel (23) aufnehmen.

Zu erfindungsgemäß einsetzbaren Hefen bzw. Mikroorganismen zählen die üblichen Brennerei- und Brauereihefen, Weinhefen, Futterhefen, alkoholproduzicrende Pilze oder Bakterien, usw.

Am besten werden zur Gärung z.ellhaufen-, kugel-, flocken-, granula- oder klümpchenbildende Hefen eingesetzt, wodurch das Verfahren unter Umsetzung

ίο einer größeren Menge an süßer Maische in einem bestimmten Fermentervolumen durchführbar wird. Dabei wird die Kreislaufströ.nung so schnell gewählt — beispielsweise durch geeignete Wahl des oberen Schachtqucrsehnittes (6) und/oder durch Drosseln der zusätzlich eingeleiteten Gasmenge in den Schacht — daß die Hefeklumpcn sich nirgends endgültig absetzen können und andererseits nicht durch zu große Turbulenzen zu voluminösen Flocken zerrissen werden. Die Krcislaufströmung wird dabei zweckmäßig so geführt, daß die Strömungsgeschwindigkeit vorzugsweise im Bereich von etwa 10-20 cm/sek. liegt, so daß die Hefeklümpchen nicht wesentlich größer als etwa 100 mm' werden. Der Überlauf (16) der Vorrichtung wird zweckmäßigerwcisc so angeordnet, daß die Hcfeklümpchen den Fcrmcnter nicht ungewollt verlassen können. Bei nicht partikclfreicn Maischen, z. B. aus Getreide, gelingt eine Hefeanreicherung im Fermenter dadurch, daß man den eigentlichen Überlauf in einem vertikal angeordneten Rohr (15) anbringt, und daß man in dem Rohr eine kreisförmige Strömung von wenigen cm/s, beispielsweise durch langsames Drehen des Rohres erzeugt. Die Rohrwand kann spiralförmig sein, so daß die sich an ihr infolge der Zentrifugalwirkung sammelnden Partikeln in den Fermenter zurückbeförden werden. Die mit Partikeln und damit mit Hefe angereichene Maische muß nun kontinuierlich durch Abziehen eines bestimmten Teiles vor einer Übcranrcichcrung mit Partikeln bzw. Hefeklümpchcn bewahrt w erden.

Vergärbare Rohstoffe sind beispielsweise zuckerhaltige Rohstoffe, wie Melasse. Cellulosehydrolysalc. z. B. Sulfitablauge. Obstsäfte usw.. sowie Getreide. Kartoffeln u. a. m.

Die optimalen Vergärungstemperaturen und pH-Werte liegen beim Verfahren der Erfindung in den üblichen Bereichen.

Durch umfangreiche Versuche konnte bewiesen werden, daß das einstufige Verfahren gemäß der Erfindung in jedem Fall wirtschaftlich ist. Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren während der Gärung die Hefe laufend mit einer wesentlich höheren Sauerstoff menge als bei bekannten Verfahren regeneriert wird, hat sie auch über lange Zeiträume erheblich höhere Gärleistungen. Die Ausbeuten an Alkohol entsprechen

dabei den üblichen Werten, werden jedoch im wesentlich kürzeren Zeiten erzielt Da z. B. bei der enzymatischen Verzuckerung von. Getreidemaischen zunächst noch unvergärbare Oligo- und Polysaccharide übrigbleiben, die erst im Verlaufe der Gärung nachverzuckert werden müssen, bevor sie von der Hefe vergoren werden können, herrschen im Gegesatz zu bisher bekannten Verfahren beim erfindungsmäßen Verfahren auch theoretisch optimale Nachverzuckerungsbedingungen. Es wurde gefunden, daß in der

gärenden Maische beim erfindungsgemäßen Verfahren praktisch keine verzuckerbaren höhermolekularen Saccharide mehr vorkamen und daß somit nicht wie bei den anderen Verfahren die Nachverzuckerung die

Gärgeschwindigkeit limitiert. Dadurch werden Mai- beträgt, außerdem wird Luft eingeblasen, so daß ein sehen aus stärkehaltigen Rohstoffen mit äquivalenter Sauerstoffverbrauch von stündlich 12,8 g O2 erfolgt Hefemenge im Fermenter ebenso schnell vergoren wie (entsprechend 0.4 mg CVg HTS). Unter diesen Beclinz. B.Melasse-Maischen. gungcn liegt die Substratkonzentration unter 1 g/l, die

5 gärende Maische enthält etwa 8,5 Vol.-% Alkohol und

tteispiele j_{sl näC}\^ ^₀₁₁₁ überlaufen aus dem Fermenter innerhalb

Das Anfahrendes Fcrmentcrs erfolgt zweckmäßig so. von etwa 20 Minuten, also z.B. auf dem Wege zur daß man in den zunächst leeren Fermenter süße Destillationsappaiatur. praktisch substraifrei vergoren. Maische pumpt und diese anfangs mit einer möglicl st _R . .

großen Menge an Hefe, beispielsweise 10g HTS/1. 10 Beispiel 2

beimpft. Während sich der Fermcntcr langsam mit Unter Verwendung von granulatbildenden Hefestäm-

Maische füllt, die in Gärung übergehl, belüftet man den men und einer oben beschriebenen Hcfcrückhaltevor-Fcrmcnlcrinhalt so stark, daß sich während des richtung können in einem Fermcntcr mit gleichem Auffüllens die für den kontinuierlichen Prozeß ge- Fassungsvermögen wie in Beispiel 1 0,15 I Maische pro wünschte Hcfcmenge bildet. Wenn der Fermcntcr bis 15 Sekunde bei gleicher Konzentration unter Zugabe von zum Überlauf gefüllt ist. prüft man. ob die Vergärung 11,2 g Oi/Std. und einer Hefemenge von bg HTS/1 im vollständig ist. sonst wartet man so lange, bis im Fermentcr praktisch vollständig vergoren werden. Fermenterinhalt praktisch kein vergärbares Substrat Bei Maischen ohne größeren Fesistoffanieil können

mehr nachzuweisen ist (z. B. mit GlukoseTcstsuibchen). durch das beschriebene einfache Zurückhalten der Nun stellt man die Belüftung so ein. daß von 1 g 20 Hefeklümpchen im Fermcntcr Hefemengen bis zu gärender Hefe täglich etwa 10-20 mg Sauerstoff 5 χ 10" Zellen/ml, entsprechend etwa etwa 100 g aufgenommen werden können. Eine Belüftung der Hefetrockensubstanz (HTS) pro Liter gärende Maische zufließenden Maische reicht dafür bei weitem nicht aus. gehalten werden. Bei einem Zuckergehall in der süßen Man stellt dann die Geschwindigkeit des Zulaufes an Maische (gerechnet als Glukose) von rund 150 g/l frischer Maische so ein. daß im gesamten Fcrmentcrin- 25 können etwa 5 Liter und bei etwa JOg/l etwa 25-50 halt höchstens 5 g/l vergärbares Substrat (gerechnet als Liter süße Maische je Liter Fcrmcntcrvolumen täglich Glukose), vorzugsweise weniger als 1 g/l. nachgewiesen auf Alkohol vergoren werden. Es ist dabei möglich. werden. Aus der Zulaufgeschwindigkcit und dem täglich bis zu mehr als 100g Hefetrockensubstanz je Fermenterinhalt kann man die mittlere Aufenthaltszeit Liter Fcrmcntcrvolumen zu gewinnen, wenn man für für die Maische im Fcrmcntcr errechnen. Die Strö- 3° ausreichende Mengen an Nährsalzen und Sauerstoff mungsgeschw indigkcit der gärenden Maische im Kreis- sorgt.

lauf soll nun so groß gewählt werden, daß beispielsweise Da die Gärgeschwindigkeit der Hefe mit steigender

bei einer Glukosekonzentration von 150 g pro Liter der Alkoholkonzentration abnimmt, wurden bisher übersüßen Maische der Kreislauf im Fermcntcr von der wiegend mehrstufige Verfahren entwickelt, wenn man gärenden Maische mindestens 150mal. am besten 35 beispielsweise eine Endkonzentration von 10 Vol.-% lOOOnial und öfter, während der mittleren Aufenthalts- Alkohol erreichen wollte.

zeit durchlaufen wird. Nur bei diesen Verhältnissen ist Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch für die

sichergestellt, daß zwar die Hefe, nicht aber die Produktion von Hefe-Biomasse eingesetzt werden. Infcktionskcimc. gute Bedingungen vorfinden. Im Es hat sich gezeigt, daß man das beschriebene allgemeinen ist eine Behandlung der gärenden Maische 40 Krcislaufvcrfahren mit klümpchenförmig wachsender mit Desinfektionsmitteln wie z. B. Formalin oder Hefe besonders gut einsetzen kann und daß es dabei Pentachlorphenol, nur notwendig, wenn man die leicht möglich ist nicht zu verhindernde Infektionen mit Zuckerkonzentralion im Fermentcr auf über lg/1 Fremdkeimen einzudämmen.

ansteigen läßt. Im allgemeinen ist die abfließende Da man mit der beschriebenen klümpchenförmig

gärende Maische innerhalb weniger Minuten, also z. B. 45 wachsenden Hefe noch ein ausreichendes fließfähiges auf dem Weg zum Desiillationsapparat. vergoren. Gemisch mit rund 100 g Hefetrockensubstanz, pro Liter

Auch beim Arbeiten mit klümpchenförmig wachsen- im Fermenter halten und das aus dem Fermenter der Hefe und mit sehr hohen Hefemengen ist es abfließende Gemisch durch einfaches Absitzenlasscn in wesentlich für den Erfolg des erfindungsgemäßen wenigen Minuten auf 15% HTS und mehr einengen und Verfahrens, daß man bei möglichst niedriger Zucker- 5° damit eine erhebliche Verbilligung der Gewinnung konzentration im gesamten Fermenter arbeitet, um erzielen kann, empfiehlt es sich, mit einer möglichsi Infektionskeimen keine Möglichkeit für eine schnelle hohen Hefemenge im Fermenter zu fahren. Um nur Vermehrung zu geben. So ist es möglich, schwach keine Ausbeuteverluste infolge zu langer Verdoppe konzentrierte Maischen innerhalb weniger Stunden lungszeiten in Kauf nehmen zu müssen, empfiehlt e; praktisch infektionsfrei zu vergären, obwohl hierbei die 55 sich, nicht nur bei einer möglichst niedrigen Substrat entstehenden Alkoholkonzentrationen noch kaum eine konzentration, also bei weniger als 1 g Glukose/1 in Desinfektionswirkung auf Milchsäurebazillen etc. ha- gesamten Fermenterinhalt zu fahren, sondern auch be ben. möglichst niedriger Sauerstoffkonzentration. Es hat sid

Maischen aus enzymatisch verzuckertem Getreide gezeigt daß man gute Ausbeuten dann erzielt wem werden beispielsweise folgendermaßen nach dem 6° man die hinzugegebene Luftmenge so einstellt daß da erfindungsgemäßen Verfahren vergoren: aus dem Fermenter abfließende Gas weniger all

1 Vol.-% Sauerstoff enthält Beispiel 1 Allgemein hat es sich als günstig erwiesen, dii

0.1 I Maische (Substratkonzentration 145 g/l. gerech- absoluten Geschwindigkeiten des ständig im Kreislau net als Glukose) pro Sekunde werden kontinuierlich in ^6< fließenden Fermenterinhalts im Bereich von 5 -100 cm einen erfmdungsgemäß gebauten Fermentcr gegeben. sek, vorzugsweise 10-20cm/sek, zu halten, wobei di< der 80001 Inhalt hat und in dem die Menge an gärender Fließgeschwindigkeit in aufsteigender Richtung ii Hefe etwa 4 g HTS/1 (z. B. Sacchromyces cerevisiae) jedem Fall größer sein muß als die Sinkgeschwindigkei

der Hefeklümpchen oder Maischepartikel. Größere :rgeschwindigkeiten, durch die die Hefeklümpchen r als erwünscht zu voluminösen Flocken zerrissen Jen können, sind zu vermeiden, da sich gezeigt hat, klümpchenförmige Hefe schneller gärt.

10

Hierdurch kann man auch andere Mikroorganismen im kontinuierlichen Kreislauf zu Klümpchen zusammenwachsen lassen und damit das hier für Hefe ausführlich erläuterte Verfahren praktisch auf alle flockenbildenden Mikroorganismen übertragen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur kontinuierlichen Vergärung von Maischen für die Gewinnung von Alkohol und/oder Hefebiomassen in Gegenwart von Sauerstoff in einem Fermenter, aus welchem eine der Zulaufmenge an süßer Maische entsprechende Menge vergorener Maische abläuft, unter Umwälzen des Fermentinhalts, wobei der gesamte flüssige Fermentinhalt im Fermenter einstufig im Kreislauf mit einer solchen Geschwindigkeit geführt und die süße Maische unter rascher Durchmischung in mindestens einen Teil des umlaufenden Stromes so dosiert wird, daß im Fermenter im wesentlichen homogene Gärungsbedingungen herrschen, und in mindestens einen Kreislaufteilstrom kontinuierlich Sauerstoff oder ein Sauerstoff gemisch eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die süße Maische in einer solchen Menge in den umlaufenden Strom der gärenden Maische gegeben wird, daß dabei eine Konzentration an vergärbarem Substrat, gerechnet als Glukose, von höchstens 5 Gramm pro Liter resultiert, daß bei der vorwiegenden Alkoholerzeugung die Zufuhr von Sauerstoff so dosiert wird, daß 1 Gramm im Fermenter befindliche Hefe 0,2 bis 5 Milligramm Sauerstoff pro Stunde verbrauchen kann, daß bei der Herstellung von Hefebiomasse die Zuluhr von Luft auf einen Sauerstoffverbrauch von höchstens 400 Milligramm pro Gramm produzierte Hefetrockensubstanz geregelt wird, und daß man !mindestens einen Teil des bei der Gärung entstehenden Gases unter Anreicherung in einem Teil des flüssigen Fermenterinhalls für eine Mammutpumpenwirkung zur Erzielung des Kreislaufs nutzt.

2. Verfahren nach Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß die süße Maische in einer solchen Menge in den umlaufenden Strom der gärenden Maische gegeben wird, daß dabei eine Konzentration an vergärbarem Substrat, gerechnet als Glukose, von weniger als 1 Gramm pro Liter resultiert.