DE2535925C2

DE2535925C2 - Verfahren zur kontinuierlichen Fermentierung einer Kultur und Fermenter zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2535925C2
Application number: DE2535925A
Authority: DE
Inventors: Frank Cornelius Norton Stockton-on-Tees Cleveland Roesler
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1974-08-14
Filing date: 1975-08-12
Publication date: 1986-08-21
Also published as: SE430789B; SE7509081L; NO144022C; NZ178293A; NO144022B; FR2281980B1; FR2281980A1; ES440263A1; NO752820L; DK144642B; IT1044662B; NL182492C; JPS5741231B2; US4048017A; DK144642C; NL7509582A; DE2535925A1; AU501601B2; JPS5144686A; DK360075A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Fermentierung einer Kultur in einem Fermenter, bei dem der Kultur ein wachstumsbegrenzender Nährstoff zugeführt wird, und einen Fermenter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3 zur Durchführung dieses Verfahrens.

Verfahren zur kontinuierlichen.Fermentierung einer Kultur im industriellen Maßstab, bei denen ein Nährmedium, das eine Quelle für assimilierbaren Kohlenstoff und andere organische und/oder anorganische Nährstoffe enthält, einem Fermenter kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit zugeführt wird, die praktisch genauso hoch ist wie die Geschwindigkeit, mit der die Kultur kontinuierlich aus dem Fermenter entfernt wird, sind bekannt. Die Quelle für assimilierbaren Kohlenstoff und die verschiedenen anderen organischen und/oder anorganischen Nährstoffe können dem Fermenter als getrennte Beschickungsmaterialien zugeführt werden, oder ihre Gesamtmenge oder ihr größter Teil kann als einzelnes Beschickungsmatena! zugeführt werden. Ammoniak, eine geeignete Quelle für assimilierbaren Stickstoff, kann dem Fermenter beispielsweise getrennt zugeführt werden, während die anderen anorganischen Nährstoffe und die Quelle für assimilierbaren Kohlenstoff als einzelnes Beschickungsmaterial zugeführt werden. Bei solchen Verfahren werden von der Kultur, die aus dem Fermenter entfernt wurde, Mikroorganismenzellen abgetrennt, und das nach dieser Abtrennung zurückbleibende Nährmedium kann mit frischen Nährstoffen vereinigt und zu dem Fermenter zurückgeführt werden.

Bei Verfahren zur kontinuierlichen Fermentierung kann das mit Mikroorganismen beimpfte Nährmedium irgendeinen der erforderlichen Nährstoffe, z. B. eine Quelle für Stickstoff, Phosphor, Magnesium oder Eiset:- oder die Quelle für Kohlenstoff, in einer solchen Menge enthalten, daß dieser Nährstoff im Vergleich zu den anderen Nährstoffen, die in dem Nährmedium enthalten sind, wachstumsbegrenzend wird. Das Wachstum der Mikroorganismen kann auf diese Weise reguliert werden.

Aus der GB-PS 13 70 892 ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Fermentierung bekannt, das als industrielles Verfahren vorzugsweise in einem großen Fermenter durchgeführt wird. Bei diesem Verfahren wird der wachstumsbegrenzende Nährstoff, der beispielsweise eine Quelle für assimilierbaren Kohlenstoff ist, der Kultur an einer Stelle oder an einer geringen Zahl von Stellen derart zugeführt, daß seine Konzentration im ;Nährmedium in unmittelbarer Nähe dieser Stelle(n) einen Wert erreicht, der beträchtlich höher ist als im übrigen Nährmedium. Infolgedessen ist es möglich, daß in einem solchen Bereich mit höherer Konzentration des wachstumsbegrenzenden Nährstoffs ein anderer Nährstoff, bei aerober Fermentierung insbesondere Sauerstoff, durch die Mikroorganismen, die in der Kultur vorhanden sind, '/ollständig verbraucht wird, bevor der gesamte vorgesehene wachstumsbegrenzende Nährstoff verbraucht ist. Unter diesen Umständen wird in diesem Bereich tatsächlich der andere Nährstoff, bei aerober Fermentierung z. B. Sauerstoff, zum wachstumsbegrenzenden Nährstoff, was oft zu einer Beeinträchtigung des Wachstums der Mikroorganismen führt. Ferner hat die Zuführung großer Mengen des wachstumsbegrenzenden Nährstoffs an irgendeiner gegebenen Stelle zur Folge, daß die in der Nähe dieser Stelle vorhandenen Mikroorganismen vorübergehend einer zu hohen Konzentration des wachstumsbegrenzenden Nährstoffs ausgesetzt werden, was für die Mikroorganismen schädlich sein kann.

Aus der GB-PS 13 47 577 ist ein Verfahren zur aeroben Fermentierung einer Kultur bekannt, bei dem man die Kultur in einem Fermenter belüftet, anschließend die belüftete Kultur außerhalb des Fermenters entlüftet, die entlüftete Kultur homogenisiert und anschließend die entlüftete und homogenisierte Kultur in den Fermenter zurückführt. Mit diesem Verfahren soll eine Homogenisierung einer Quelle für assimilierbaren Kohlenstoff, die mit in dem Nährmedium enthaltenem Wasser nicht mischbar ist und bei der es sich z. B. um Kohlenwasserstoff handeln kann, erzielt werden. Die nicht mit Wasser mischbare Quelle für assimilierbaren Kohlenstoff wird bei diesem Verfahren außerhalb des eigentlichen Fermenters mit der Kultur vermischt und dann homogenisiert, um eine ausreichende Verteilung der Tröpfchen der Quelle für assimilierbaren Kohlenstoff in der Kultur sicherzustellen. Die homogenisierte Quelle für assimilierbaren Kohlenstoff wird dem Fermenter über eine Rezirkulationsleitung an einer Stelle zugeführt, so daß sich auch bei diesem Verfahren Bereiche mit Sauerstoffmangel ausbilden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur kontinuierlichen Fermentierung einer Kultur in einem Fermenter bereitzustellen, bei dem der Kultur ein wachstumsbegrenzender Nährstoff derart zugeführt wird, daß er innerhalb der Kultur durch die Mikroorganismen optimal verbraucht wird, bevor ein anderer

Nährstoff erschöpft ist und zum wachstumsbegrenzenden Nährstoff wird.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, bei dem der wachstumsbegrenzende Nährstoff der Kultur im Mittel an mindestens einer Stelle pro m³ des effektiven Volumens der Kultur zugeführt wird.

Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung besteht in einem Fermenter gemäß Patentanspruch 3.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird praktisch der gesamte je Stelle zugeführte wachstumsbegrenzende Nährstoff durch die Mikroorganismen, die in der Kultur in der Nähe dieser Stelle vorhanden sind, verbraucht, bevor ein anderer, in der Nähe dieser Stelle für die Mikroorganismen verfügbarer Nährstoff erschöpft ist und zum wachstumsbegrenzenden Nährstoff wird.

Der Fermenter kann beispielsweise ein Behälter sein, in dem eine Zirkulation der Kultur durch mechanisches Rühren oder im Falle einer aeroben Fermentierung durch Einblasen von Luft bewirkt wird. Vorzugsweise ,entspricht der Fermenter dem aus der GB-PS 13 53 008 , bekannten Fermenter oder den Fermentern, die in den G B-Patentanmeldungen 23 330/73, 24 266/75 und 52 430/74 beschrieben sind. Diese Fermenter weisen einen aufwärtsführenden Teil und einen abwärtsführenden Teil auf, die an ihren oberen und unteren Enden miteinander in Verbindung stehen und in denen eine Zirkulation der Kultur im Fermenter durch Einpressen von sauerstoffhaltigem Gas wie Luft in den unteren Bereich des aufwärtsführenden Teils bewirkt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist sehr geeignet für eine Anwendung auf aerobe Fermentierungen und kann auf bakterielle Fermentierungen angewandt werden wie das aus der GB-PS 13 70 892 bekannte Verfahren zur Züchtung methanol ausnutzender Stämme von Bakterien der Arten Pseudomonas methylotropha, Microcyclus polymorphum, Hyphomicrobium variabile oder Pseudomonas rosea, von denen Kulturen einer Anzahl von Stämmen von National Collection of Industrial Bacteria (NCIB), Torry Research Station, Aberdeen, Schottland (GB) - NCIB Nr. 10508-17 und 10592-612 erhältlich sind.

Bei aeroben Fermentierungen hat das erfindungemä-"ße Verfahren den Hauptvorteil, daß im Fermenter eine Ausbildung von Bereichen mit Sauerstoffmangel, in denen die Kultur mit effektiver Wachstumsbegrenzung durch Sauerstoff wächst, vermieden wird. Dabei handelt es sich um Bereiche, in denen der gesamte für die Mikroorganismen verfügbare Sauerstoff aufgebraucht ist, in . denen jedoch noch Vorräte des wachstumsbegrenzenden Nährstoffs, der im allgemeinen durch die Quelle für assimilierbaren Kohlenstoff gebildet wird, verfügbar sind.

Der wachstumsbegrenzende Nährstoff wird dem Fermenter vorzugsweise im Mittel an 3 bis 6 Stellen pro m³ des effektiven Volumens des Fermenters zugeführt. Unter dem effektiven Volumen des Fermenters ist dasjenige Volumen zu verstehen, das durch die Kultur eingenommen wird und in dem die in der Kultur vorhandenen Mikroorganismen begast werden, Nährstoff ausnutzen und wachsen.

Bei einem Fermenter für eine aerobe Fermentierung ist das effektive Volumen für ein Wachstum von Mikroorganismen derjenige Teil des Volumens, in dem durch Stoffübergang aus den Gasblasen eine positive Spannung des gelösten Sauerstoffs (ein positiver Sauerstoffpartialdruck) aufrechterhalten werden kann.

Bei einem Einzelbehälter-Fermenter wird das effektive Volumen praktisch durch das gesamte von der Kultur eingenommene Volumen des Behälters gebildet. Bei einem Fermenter wie er aus der GB-PS 13 53 008 bekannt oder in den GB-Patentanmeldungen 23 330/73, 24 266/75 oder 52 430/74 beschrieben ist, umfaßt das effektive Volumen den aufwärtsführenden Teil des Fermenters, und es kann in einigen Fällen den gesamten abwärtsführenden Teil oder einen Anteil davon einschließen.

ίο Die der Kultur an irgendeiner Stelle zugeführte Menge des wachstumsbegrenzenden Nährstoffs entspricht stöchiometrisch dem örtlich verfügbaren Vorrat irgendeines Nährstoffs wie Sauerstoff, der für die in der Kultur vorhandenen Mikroorganismen verfügbar ist und dessen Erschöpfung, die ihn effektiv zum wachstumsbegrensenden Nährstoff machen würde, für das Wachstum der Mikroorganismen schädlich wäre. Bei einer aeroben Fermentierung ist die an irgendeiner Stelle zugeführte Menge des wachstumsbegrenzenden Nähr-Stoffs im allgemeinen eine Menge, die stöchiometrisch der Sauerstoffmenge entspricht, die von der Kultur aufgenommen werden kann. Bei dem aus der GB-PS 13 70 892 bekannten Verfahren mit Methanol als wachstumsbegrenzendem Nährstoff geht die durch irgendein einzelnes Zuführungs- und Verteilungsteil z. B. mittels einer Düse oder einer anderen Öffnung an irgendeiner Stelle zugeführte Methanolmenge zweckmäßigerweise nicht über 15 Liter/h hinaus und liegt vorzugsweise bei 2 bis 6 Liter/h. Geeigneterweise wird die Geschwindigkeit, mit der das Methanol an irgendeiner Stelle eingepreßt wird, unter Berücksichtigung der örtlichen Verfügbarkeit von Sauerstoff, die vom Druck und somit von der Lage im Fermenter abhängt, gewählt.

Vorzugsweise wird das Methanol von der Zuführung zu dem Fermenter mit rückgeführtem Nährmedium vermischt. Ebenfalls bevorzugt wird die Zuführung des methanolhaltigen Nährmediums zur Kultur durch enge öffnungen (beispielsweise mit einem Durchmesser von 2 mm bis 6 mm) mit einer Geschwindigkeit von mehr als 3 m/s, insbesondere mehr als 6 m/s.

In dem erfindungsgemäßen Fermenter kann der wachstumsbegrenzende Nährstoff der Kultur durch verschiedene Zuführungseinrichtungen in Form von aus Rohren gebildeten Einpreß- und Verteilungseinrichtungen zugeführt werden. Eine geeignete Einpreß- und Verteilungseinrichtung besteht aus mehreren im wesentlichen senkrechten Verteilungsrohren, die im Fermenter an den Ecken von einem oder mehr als einem regelmäßigen Vieleck angeordnet und mit zumindest einer gemeinsamen Quelle für Nährmedium oder wachstumsbegrenzenden Nährstoff verbunden sind, wobei die Wand der einzelnen senkrechten Verteilungsrohre Löcher aufweist, deren Häufigkeit zweckmäßigerweise längs der Strömungslinie von aufwärts — oder abwärts — strömender Kultur variiert, wobei längs der Strömungslinie aufeinanderfolgende Löcher um den Umfang des Verteilungsrohrs in einem regelmäßigen Muster verteilt sind.

Bei dieser Anordnung beträgt die Anzahl der im wesentlichen senkrechten Verteilungsrohre vorzugsweise 4 bis 16, und diese Verteilungsrohre sind an den Ecken von einem oder mehr als einem koaxialen regelmäßigen Vieleck angeordnet bzw. verteilt. Diese Verteilungsrohre s\rA vorzugsweise mit einem oder mehr als einem kreisförmigen Zufuhrrohr mit breiterem Innenraum verbunden, das das eine oder mehr als eine regelmäßige Vieleck umschließt und mit einer Quelle für das Nährmedium, das den wachstumsbesrenzenden Nährstoff

enthält, verbunden ist. Die senkrechten Verteilungsrohre können auch mit einem System aus mehreren solchen kreis- oder ringförmigen Zufuhrrohren verbunden sein, z. B. mit einem System aus 3 kreisförmigen Zufuhrrohren, die in regelmäßigen Abständen längs der Höhe der senkrechten Verteilungsrohre angeordnet und mit verschiedenen Zufuhrquellen verbunden sind. Die ringförmigen Zufuhrrohre sind vorzugsweise an den unteren Enden der senkrechten Verteilungsrohre vorgesehen.

Bei dieser Anordnung nimmt der senkrechte Abstand zwischen den Niveauhöhen von aufeinanderfolgenden Löchern zweckmäßigerweise aufwärts längs der Richtung der Kulturströmung im Fermenter zu. Im Mittel sind jedoch vorzugsweise 1 bis 4 Löcher pro m Höhe der senkrechten Verteilungsrohre vorhanden. Geeigneterweise können in dem aufwärtsführenden Teil eines Fermenters, wie er aus der GB-PS 13 53 008 bekannt oder in den GB-Patentanmeldungen 23 330/73, 24 266/75 und 52 430/74 beschrieben ist, mit einer Höhe von 50 m die einzelnen senkrechten Verteilungsrohre 50 bis 200 Löcher, insbesondere etwa 100 Löcher, enthalten. Bei 3 senkrecht übereinander angeordneten Systemen senkrechter Verteilungsrohre kann die Lochzahl pro Verteilungsrohr zweckmäßigerweise bei 55,30 bzw. 15 in den drei Niveaubereichen liegen.

Wenn die vorstehend beschriebene Einpreß- und Verteilungseinrichtung im aufwärtsführenden Teil eines Fermenters, wie er aus der GB-PS 13 53 008 bekannt oder in den GB-Patentanmeldungen 23 330/73, 24 266/75 und 52 430/74 beschrieben ist, eingebaut ist, liegt ihr Durchmesser, wenn sie ein einziges Vieleck umfaßt, vorzugsweise zwischen dem 0,55- und 0,75fachen des Durchmessers des aufwärtsführenden Teils, wenn dieser zylindrisch ist. Wenn die Einpreß- und Verteilungseinrichtung 2 koaxiale Vielecke umfaßt, liegt der Durchmesser des inneren Vielecks vorzugsweise zwischen dem 0,4- und 0,65fachen des Durchmessers des aufwärtsführenden Teils, während der Durchmesser des äußeren Vielecks zwischen 0,65- und 0,9fachen liegt. Wenn der aufwärtsführende Teil Leitwände oder andere Innenarmaturen enthält, sind diese vorzugsweise so angeordnet, daß sie für die senkrechten Verteilungsrohre kein Hindernis bilden. Die Löcher in den Verteilungsrohren haben vorzugsweise Durchmesser zwischen 2 und 6 mm, und sie sind vorzugsweise um die Rohrwand in einem regelmäßigen Muster wie beispielsweise spiral- oder schraubenlinienförmig angeordnet, oder sie weisen relativ zur Achse des Fermenters abwechselnd nach innen und nach außen.

Neben der vorstehend beschriebenen Anordnung können andere geometrische Anordnungen von Einpreß- und Verteilungseinrichtungen angewandt werden, z. B. Spiralrohre oder schraubenförmige Rohre oder Ringe.

Eine bevorzugte Anordnung der Einpreß- und Verteilungseinrichtung für die Verwendung in einem Fermenter, wie er aus der GB-PS 13 53 008 bekannt oder in den GB-Patentanmeldungen 23 330/73, 24 266/75 und 52 430/74 beschrieben ist, weist ein einzelnes senkrechtes Hauptrohr auf, das mittig im aufwärtsführenden Teil des Fermenters angeordnet und mit mehreren waagerechten Einpreß- und Verteilungsteilen verbunden ist, durch die der wachstumsbegrenzende Nährstoff der Kultur zugeführt wird. Die Einpreß- und Verteilungsteile sind in einer Reihe von Niveauhöhen entlang der Länge des Hauptrohres angeordnet, wobei in jeder Niveauhöhe mehr als ein Einpreß- und Verteilungsteil vorgesehen ist Wenn der aufwärtsführende Teil Leitwände wie nachstehend beschrieben enthält, sind die Einpreß- und Verteilungsteile in radialen Schlitzen der Leitwände angeordnet, wodurch eine Zuführung des wachstumsbegrenzenden Nährstoffs zu der Kultur in Bereichen sichergestellt wird, wo infolge der durch die Leitwände verursachten Verengung des Querschnitts des aufwärtsführenden Teils eine hohe Strömungsgeschwindigkeit herrscht

Alternativ kann eine ähnliche Anordnung von radialen waagerechten Einpreß- und Verteilungsteilen in einem Fermenter verwendet werden, bei dem der aufwärtsführende Teil den abwärtsführenden Teil ringförmig umgibt, jedoch erfolgt in diesem Fall die gemeinsame Zuführung über ringförmige oder senkrechte Zuführungsrohre, durch die der wachstumsbegrenzende Nährstoff zu den einzelnen Einpreß- und Verteilungsteilen gepumpt wird.

Die aufwärtsführenden Teile der Fermenter, die aus der GB-PS 13 53 008 bekannt oder in den GB-Patentanmeldungen 23 330/73,24 266/75 und 52 430/74 beschrieben sind, enthalten vorzugsweise Reihen von Leitwänden zur Steuerung der Kulturströmung. Diese Leitwände können beispielsweise in Abständen von 1,2 m im aufwärtsführenden Teil vorgesehen sein. Vorzugsweise deckt eine Leitwand etwa 5/6 des Querschnitts des aufwärtsführenden Teils ab und läßt nur 1/6 der Querschnittsfläche für den Durchschnitt der Kultur frei. Die freie Querschnittsfläche kann über eine Anzahl von radialen Schlitzen (beispielsweise 16 Schlitze) verteilt sein, von denen jeder zur Abdeckung der Hälfte seiner Fläche »überbrückt« sein kann, wodurch eine annehmbare Schlitzbreite erhalten wird. Wenn die Schlitze »überbrückt« sind, geschieht dies in einer solchen Weise, daß innere und äußere offene Zonen mit gleicher oder praktisch gleicher Fläche erzeugt werden. Die Öffnungen in den kompakten Leitwänden müssen nicht durch radiale Schlitze gebildet werden, sondern können Öffnungen von irgendwelcher Gestalt sein, vorausgesetzt, daß die Leitwand die Strömung durch den aufwärtsführenden Teil des Fermenters auf eine genügend kleine Querschnittsfläche zur Erzielung der erforderlichen Geschwindigkeitszunahme, zweckmäßigerweise einer Geschwindigkeit von mehr als 1 m/s, einengt. Beispielsweise können die Öffnungen der Leitwände kreisförmig sein. In allen Fällen wird bevorzugt, daß die Einpreß- und Verteilungsteile für ein Einpressen des wachstumsbegrenzenden Nährstoffs in die Bereiche hoher Strömungsgeschwindigkeit durch die Öffnungen der Leitwände angeordnet sind.

Wenn der aufwärtsführende Teil wie in dem Fermenter, der in der GB-Patentanmeldung 52 430/74 beschrieben ist, in senkrecht übereinander angeordnete Abschnitte unterteilt ist, wobei diese Abschnitte unterschiedliche Querschnitte haben und einen »Topf« und einen Auslaufbereich bilden, sind die Leitwände in beiden Abschnitten eingebaut

Vorzugsweise wird der wachstumsbegrenzende Nährstoff dem Fermenter in Bereichen mit hoher Strömungsgeschwindigkeit, d.h, mit einer Strömungsgeschwindigkeit von mehr als 1 m/s. zugeführt Dies kann dadurch erreicht werden, daß der wachstumsbegrenzende Nährstoff der Kultur durch Einpreßdüsen oder Mehrfachdüsen wie z. B. Einpreß- und Verteilungsteile in den Schlitzen oder anderen Lücken der Leitwände zugeführt wird.

Nachfolgend wird der erfindungsgemäße Fermenter anhand der Zeichnungen erläutert; es zeigt
F i g. 1 eine perspektivische Darstellung einer Ein

preß- und Verteilungseinrichtung;

F i g. 2 und 3 eine schematische Darstellung eines ersten und eines zweiten Fermenters, in den zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Fermenters eine Zuführungseinrichtung eingebaut werden kann;

Fig.4 eine Draufsicht auf den aufwärtsführenden Teil des Fermenters gemäß F i g. 3 mit der darin eingebauten Einpreß- und Verteilungseinrichtung von F i g. 1; F i g. 5 einen Schnitt längs der Linie y-y von F i g. 4;

F i g. 6 einen Querschnitt durch den in F i g. 2 gezeigten Fermenter mit eingepaßten Leitwänden und mit der darin eingebauten bevorzugten Einpreß- und Verteilungseinrichtung;

F i g. 6a einen vergrößerten Ausschnitt der in F i g. 6 gezeigten Einpreß- und Verteilungseinrichtung (in F i g. 6 als Kreis Cangedeutet) und

F i g. 7 einen Querschnitt durch den aufwärtsführenden Teil des Fermenters gemäß F i g. 3 mit eingepaßten Leitwänden und mit der darin eingebauten bevorzugten Einpreß- und Verteilungseinrichtung.

Die in F i g. 1 gezeigte Einpreß- und Verteilungseinrichtung enthält 6 senkrechte Nährmedium-Verteilungsrohre i, die an den Ecken eines regelmäßigen Sechsecks angeordnet und mit 3 in unterschiedlichen Niveauhöhen längs der Höhen der Nährmedium-Verteilungsrohre 1 angeordneten Nährmedium-Zufuhrrohren 2 verbunden sind, wobei das unterste Zufuhrrohr mit den unteren Enden der Nährmedium-Verteilungsrolire 1 verbunden ist. Jedes der Nährmedium-Zufuhrrohre 2 enthält einen kreis- oder ringförmigen Abschnitt, der mit den Nährmedium-Verteilungsrohren 1 verbunden ist, mit einem nach außen reichenden Abschnitt, der mit einer (in der Zeichnung nicht dargestellten) Quelle für das Nährmedium verbunden ist. Die Nährmedium-Verteilungsrohre 1 und die ringförmigen Abschnitte der Nährmedium-Zufuhrrohre 2 sind von einer Vielzahl von Löchern durchsetzt (in der Zeichnung nicht dargestellt). Diese Löcher befinden sich in Abständen längs der Gesamthöhe der Verteilungsrohre und sind zum unteren Ende der Nährmedium-Verteilungsrohre 1 hin enger beieinander als am oberen Ende, so daß der senkrechte Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Löchern mit der Rohrhöhe zunimmt. Aufeinanderfolgende Löcher sind längs der Nährmedium-Verteilungsrohre 1 nicht senkrecht übereinander angeordnet, sondern um den Umfang der Verteilungsrohre unter Bildung eines geeigneten Musters, beispielsweise einer Spiral- oder Schraubenlinie, verteilt. An den kreisförmigen Abschnitten der Nährmedium-Zufuhrrohre 2 sind Löcher in praktisch gleichen waagerechten Abständen voneinander angeordnet die ebenfalls um den senkrechten Querschnitt des Zufuhrrohrs herum verteilt sein können, beispielsweise indem sie abv/echselnd relativ zur Achse des Fermenters nach innen bzw. nach außen weisen.

Die in F i g. 2 und 3 gezeigten Fermenter haben jeweils einen aufwärtsführenden Teil 6 und einen abwärtsführenden Teil 5. Der aufwärtsführende Teil 6 ist in jedem Falle in 2 senkrecht übereinander befindliche Abschnitte unterteilt, von denen der untere Abschnitt oder »Topf« 4 einen größeren Querschnitt hat als der obere Abschnitt oder Auslaufbereich 3. »Topf« 4 und Auslaufbereich 3 sind durch ein Übergangsstück 7 miteinander verbunden. Der abwärtsführende Teil 5 hat in jedem Falle 2 senkrecht übereinander angeordnete Abschnitte, von denen der obere Abschnitt oder der Verengungsbereich 8 einen größeren Querschnitt hat als der untere Abschnitt oder Ablaufbereich 10.

Der Auslaufbereich 3 mündet in den Verengungsbereich 8, während das untere Ende des Ablaufbereichs 10 mit dem »Topf« 4 in Verbindung steht. Luft wird in den unteren Teil des »Topfes« 4 durch eine Einpreßvorrichtung 11 eingeperlt und verursacht eine Aufwärtsbewegung der in jedem Fermenter enthaltenen Kultur im aufwärtsführenden Teil und einen Überlauf in den Verengungsbereich 8 und von dort in den Ablaufbereich 10. Die Kultur füllt jeden Fermenter bis zum Niveau A-A, wobei der Bereich über dem Niveau B-B in dem Verengungsbereich durch Gasblasen enthaltende Kultur eingenommen wird. Aus diesem Bereich über dem Niveau B-B in dem Verengungsbereich 8 wird Gas von der Kultur freigegeben und entweicht durch die öffnung 12 am oberen Ende jedes Fermenters. Der Auslaufbereich 3 und der Verengungsbereich 8 sowie auch der Ablaufbereich 10 und der »Topf« 4 sind koaxial angeordnet. Im Fermenter von F i g. 2 umgibt der Auslaufbereich 3 den Verengungsbereich 8, und der »Topf« 4 umgibt den Ablaufbereich 10, während der Fermenter von F i g. 3 eine umgekehrte Anordnung zeigt, bei der der Verengungsbereich und der Ablaufbereich den aufwärtsführenden Teil 6 umgeben.

F i g. 4 und 5 zeigen Bereiche des aufwärtsführenden Teils 6 des Fermenters gemäß Fi g. 3 mit der darin eingebauten Einpreß- und Verteilungseinrichtung. In diesem Falle hat die Einpreß- und Verteilungseinrichtung nur ein Zufuhrrohr, das in den Fermenter an der Stelle 9 eintritt.

Beim Betrieb eines Fermenters gemäß F i g. 2 oder Fig.3 wird das die Quelle für assimilierbaren Kohlenstoff und anorganische Nährstoffe enthaltende Nährmedium der Kultur im aufwärtsführenden Teil 6 durch das Nährmedium-Zufuhrrohr 2 und die Nährmedium-Verteilungsrohre 1 zugeführt — wobei es in die Kultur durch die Löcher im Nährmedium-Zufuhrrohr 2 und den Nährmedium-Verteilungsrohren 1 praktisch mit der gleichen Geschwindigkeit eintritt, mit der die Kultur an einer oder mehr als einer (nicht gezeigten) Stelle entferntwird.

Bei dem in Fig.7 gezeigten Fermenter enthält der aufwärtsführende Teil 6 eine Reihe von Leitwandlagen 13, die senkrecht voneinander entfernt sind und jeweils durch Schlitze 14 in Segmente unterteilt sind. Ein senkrechtes Hauptrohr 17, durch das der wachstumsbegrenzende Nährstoff in den Fermenter eintritt, ist mittig im aufwärtsführenden Teil 6 angeordnet. Einpreß- und Verteilungsteile 15 erstrecken sich bei jeder Leitwand vom Hauptrohr 17 radial nach außen und sind in den Schlitzen 14 angeordnet. Wachstumsbegrenzender Nährstoff gelangt von den Einpreß- und Verteilungsteilen 15 durch Löcher 16 in die Kultur, während diese mit erhöhter Geschwindigkeit durch die Schlitze 14 strömt. Bei dem in F i g. 6 und 6a gezeigten Fermenter umgibt der aufwärtsführende Teil 6 den abwärtsführenden Teil 5 und die geometrische Anordnung der Leitwände und der Einpreß- und Verteilungsteile unterscheidet sich dadurch von der in F i g. 7 gezeigten. Grundsätzlich haben die Fermenter jedoch den gleichen Aufbau. Der Fermenter von F i g. 6 und 6a enthält eine Reihe senkrecht voneinander entfernter Leitwandlagen 18, wobei jede Leitwand durch Schlitze 19 in Segmente unterteilt ist. Der wachstumsbegrenzende Nährstoff tritt in den Fermenter durch eine Vielzahl senkrechter Zufuhrrohre 21 ein, von denen je zwei durch jeweils einen Schlitz 19 hindurchgehen und in diesem Schlitz durch ein Einpreß- und Verteilungsteil 20 verbunden sind. Wachstumsbegrenzender Nährstoff gelangt von den Einpreß- und

Verteilungsteilen 20 durch Löcher 22 (siehe F i g. 6a) in
die Kultur, während diese mit erhöhter Geschwindigkeit idurch die Schlitze. 19 strömt.

Bei den in F i g. 6 und 7 gezeigten Fermentern können
aufeinanderfolgende Leitwandlagen gegeneinander
versetzt sein, wie es in der GB-Patentanmeldung Nr.
559/74 beschrieben ist. In diesem Falle müssen die
senkrechten Zufuhrrohre 21 bei dem in F i g. 6 gezeigten
Fermenter zur Anpassung an die Versetzung der Leitwandlagen gekrümmt sein.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur kontinuierlichen Fermentierung einer Kultur in einem Fermenter, bei dem der Kultur ein wachstumsbegrenzender Nährstoff zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der wachstumsbegrenzende Nährstoff der Kultur im Mittel an mindestens einer Stelle pro m³ des effektiven Volumens der Kultur zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als wachstumsbegrenzender Nährstoff eine Quelle für assimilierbaren Kohlenstoff zugeführt wird.

3. Fermenter zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einer Einrichtung für eine kontinuierliche Zuführung eines Nährmeifiums zu der Kultur und einer Einrichtung für eine kontinuierliche Entfernung der Kultur aus dem Fermenter, gekennzeichnet durch eine Zuführungseinrichtung (1, 2), mit der der wachstumsbegrenzende Nährstoff dem Fermenter im Mittel an mindestens einer Stelle pro m³ des effektiven Volumens des Fermenters zuführbar ist.

4. Fermenter nach Anspruch 3 mit einem aufwärtsführenden Teil (3,4) und einem abwärtsführenden Teil (8, 10), die an ihren oberen und unteren Enden miteinander in Verbindung stehen und in denen eine Zirkulation der Kultur im Fermenter durch Einpressen eines sauerstoffhaltigen Gases in den aufwärtsführenden Teil (3, 4) bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungseinrichtung (1, 2) für die Zuführung des wachstumsbegrenzenden Nährstoffs im aufwärtsführenden Teil (3,4) angeordnet ist.