DE2626292A1

DE2626292A1 - Eintauch-kolorimeter

Info

Publication number: DE2626292A1
Application number: DE19762626292
Authority: DE
Inventors: Tadahiko Ando; Norio Kamiyama; Tokuji Kitsunai; Yoshifumi Oikawa; Takehiko Shibata
Original assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date: 1975-06-11
Filing date: 1976-06-11
Publication date: 1976-12-16
Also published as: DE2626292B2; US4075062A; JPS51146882A; SE416351B; SE7606559L; DE2626292C3; JPS5334508B2; CA1057077A

Description

Priorität: 11. Juni 1975, Japan, Nr. 70 387/1975

Die Erfindung betrifft allgemein die Kultivierung von Mikroorganismen, und sie bezieht sich insbesondere auf ein Eintauch-Kolorimeter.

Im allgemeinen ist es bei der Kultivierung von Mikroorganismen möglich, die Zellendichte der Mikroorganismen in der Kulturlösung durch Messung der optischen Dichte der Lösung zu ermitteln, so daß es von großer Bedeutung ist, eine genaue Messung der optischen Dichte der Kulturlösung durchzuführen.

Bei der Kultivierung oder Züchtung von aeroben Mikroorganismen werden jedoch Luftblasen in großen Mengen in dem verwendeten Behälter erzeugt, wenn eine Behänd-

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lung mit Luft durchgeführt wird, so daß bei der Messung der optischen Dichte einer Probenlösung mit dem Kolorimeter die Luftblasen oft in die Meßkammer eindringen, wodurch die Lichtübertragungsfunktion durch unregelmäßige Reflexion stark beeinträchtigt wird, welche durch solche Luftblasen hervorgerufen wird, so daß dadurch die Messung ungeau wird.

Die Erfindung dient dem Zweck, ein Kolorimeter zu schaffen, welches eine genaue, leicht durchführbare und kontinuierliche Messung der optischen Dichte der Lösung ermöglicht, die zu untersuchen ist.

Das bei der gerätetechnischen Verwirklichung des Erfindungsgedankens verwendete Kolorimeter ist vorzugsweise ein solches Gerät, wie es früher vom Erfinder bereits entwickelt wurde, es ist jedoch auch möglich, andere Gerätetypen zu verwenden, welche dieselben Wirkungen gewährleisten. Das vom Erfinder früher bereits entwickelte Gerät ist ein Eintauch-Kolorimeter, welches in die Meßlösung eingetaucht wird, um die optische Dichte der Lösung leicht aus der photoelektromotorischen Kraft zu ermitteln, welche durch ein Voltmeter angezeigt wird, das an eine Photozelle über eine entsprechende Leitung angeschlossen ist. Ein solches Kolorimeter ist folgendermaßen aufgebaut: Es wird Licht von einer Lichtquelle durch ein Farbfilter und durch- eine Linse auf eine Probenkammer projiziert, welche derart ausgebildet ist, daß die Probe (die zu untersuchende Lösung) frei ein-

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— zutreten und austreten kann, um Licht aus der Lichtquelle durch die Probe hindurchtreten zu lassen. Weiterhin weist ein solches Gerät eine Photozelle oder einen Phototransistor auf, und die Lichtquelle und die Photozelle oder der Phototransistor sind jeweils über eine entsprechende Leitung mit einer Energiequelle und einem Voltmeter verbunden, welches das Absorptionsvermögen automatisch registriert.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Eintauch-Kolorimeter der eingangs näher erläuterten Art zu schaffen, welches ein besonders exaktes Meßergebnis liefert, welches durch Luftblasen nicht verfälscht ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen insbesondere die im Patentbegehren niedergelegten Merkmale.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen, daß bei einem Kolorimeter der oben näher erläuterten Art eine Entschäumungseinrichtung vorgesehen wird, wobei die Anordnung weiterhin derart getroffen ist, daß die zu untersuchende Lösung automatisch in dem Kolorimeter zirkuliert, indem die Kulturlösung umgerührt wird.

Eine Trübung oder das Absorptionsvermögen der Külturlösung läßt sich durch Messung der optischen Dichte der Lösung ermitteln, und es ist bekannt, daß die optische Dichte der

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Anzahl von Mikroorganismen in der Kulturlösung proportional ist· Auf diese Weise läßt sich die Anzahl von Mikroorganismen bestimmen, d.h. die Zellendichte der Mikroorganismen in der Kulturlösung, indem die optische Dichte der Lösung ermittelt wird. Demgemäß sieht die Erfindung vor, daß ein Eintauch-Kolorimeter verwendet wird, welches mit einer Entschäumungseinrichtung ausgestattet ist, durch welche das Wachstum der Mikroorganismen in der Kulturlösung durch kontinuierliche Messung der optischen Dichte der Lösung mit dem Kolorimeter ermittelt wird.

Allgemein läßt sich die optische Dichte (OD) durch die folgende Formel angeben:
OD =

Lichtubertragungsfunktion = -log (Lichtübertragungsfunktion)

τ Intensität des übertragenen Lichtes ~* ® Intensität des einfallenden Lichtes

Gemäß der Erfindung wird das Eintauch-Kolorimeter in die Probenlösung eingetaucht, um die Dichte oder Trübung leicht aus der photoelektromotorischen Kraft zu ermitteln, welche von einem Voltmeter angezeigt wird, das über eine Leitung an die Einrichtung angeschlossen ist. Wenn es daher beispielsweise erwünscht ist, die Dichte einer Kulturlösung während der Kultivierung oder des Wachstums der Mikroorganismen zu ermitteln, so läßt sich einfach das Eintauch-Kolorimeter in ein Fermenter-Gefäß eintauchen. Das Gerät kann auch in einen Fluß, einen See, einen Wasserbehälter oder eine ähnliche Einrichtung einge-

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taucht werden, wenn es erwünscht ist, darin die Trübung des Wassers zu ermitteln.

Gemäß der Erfindung ist somit der wesentliche Vorteil erreichbar, daß ein Eintauch-Kolorimeter geschaffen wird, mit welchem in außerordentlich einfacher und flexibler Weise die Trübung von Wasser gemessen werden kann.

Weiterhin erweist es sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung als vorteilhaft, daß in dem Gerät eine automatische Entschäumungseinrichtung eingebaut ist.

Gemäß der Erfindung ist weiterhin der Vorteil erreichbar, daß eine automatische und kontinuierliche' Aufzeichnung der optischen Dichte der zu untersuchenden Lösung ermöglicht wird.

Weiterhin läßt sich gemäß der Erfindung das Wachstum der Mikroorganismen in dem Fermenter aufgrund der kontinuierlichen Messung der optischen Dichte der aeroben Kulturlösung kontinuierlich messen.

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Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch einen Kulturen-

behälter oder einen Fermenter, in welchem ein Eintauch-Kolorimeter angeordnet ist, welches eine erfindungsgemäße Entschäumungseinrichtung aufweist,

Pig, 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in der Fig.1,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie HI-III in der Fig.2, in welchem in vergrößertem Maßstab ein Einlaß für eine Kulturenlösung in den Innenraum des Zylinders des erfindungsgemäßen Kolorimeters veranschaulicht ist,

Fig. 4- und 5 jeweils eine schematische Darstellung eines Durchgangs bzw. einer Probenkammer,

Fig. 6 eine Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in teilweise geschnittener Darstellung, und zwar in einer bevorzugten Ausführungsform mit zwei Photozellen oder Phototransistoren und mit einer Probenmeßkammer und einer Steuerproben-Meßkammer,

Fig. 7 und 8 jeweils eine vergrößerte schematische Darstellung des Durchgangs und der Meßkammer, wie sie in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden,

Fig. 9 und 10 jeweils eine graphische Darstellung, welche die Meßergebnisse der optischen Dichte in einer Kultur eines Bacillus subtilis veranschaulichen, indem ein erfindungsgemäßes Eintauch-Kolorimeter verwendet wurde, und

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Fig. 11 und 12 jeweils eine graphische Darstellung, welche die Meßergebnisse der optischen Dichte bei Hefekulturen veranschaulichen (Saccharomyces cerevisiae), wobei die Meßergebnisse mit dem erfindungsgemaßen Eintauch-Kolorimeter ermittelt wurden.

Das erfindungsgemäße Eintauch-Kolorimeter hat einen Doppelzylinderaufbau in seinem oberen Teil, welcher derart ausgebildet ist, daß eine nach unten gerichtete Strömung der Probenflüssigkeit im inneren oder im äußeren Zylinder erzeugt wird, indem der Flüssigkeitspegelunterschied ausgenutzt wird, welcher durch das Anheben des Flüssigkeitspegels entsteht, der auf der Außenseite des Kolorimeters hervorgerufen wird, wenn die Lösung dazu gebracht wird, beim Umrühren gegen das Kolorimeter zu strömen, und zwar in der Weise, daß die in der Lösung befindlichen Luftblasen die Möglichkeit haben, aus der Lösung nach oben zu entweichen, während die Lösung selbst im Zylinder nach unten strömt. Dann wird die Strömungsrichtung der Lösung in einer Verbindungseinrichtung zwischen dem inneren Zylinder und dem äußeren Zylinder umgekehrt, so daß die Lösung im äußeren Zylinder nach dem Austreten aus dem inneren Zylinder nach oben strömt oder aber im inneren Zylinder nach oben strömt, nachdem sie aus dem äußeren Zylinder ausgetreten ist. Wenn die Lösung das Ende des äußeren oder des inneren Zylinders erreicht, wird die Strömungsrichtung erneut umgekehrt, so daß die Lösung dann im äußeren bzw. im inneren ' Zylinder nach unten strömt. Durch eine solche doppelte Umkeh-

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rung der Strömungsrichtung werden die Luftblasen aus der Lösung ausgeschieden, und die Lösung gelangt in eine Zwischenkammer, um durch eine Meßkammer hindurchgeführt zu werden, im unteren Teil der Zwischenkammer angeordnet ist. Anschließend tritt die Lösung aus der unteren Kammer nach unten aus, welche im unteren Teil der Meßkammer angeordnet ist, und auf diese Weise zirkuliert die Lösung in dem erfindungsgemaßen Kolorimeter. Somit weist die Meßkammer einen Lösungseinlaß und einen Lösungsauslaß auf, die in der Zwischenkammer bzw. in der unteren Kammer angeordnet sind, so daß die Probenflüssigkeit kontinuierlich durch die Meßkammer hindurchströmen kann, damit eine kontinuierliche Messung der optischen Dichte der Lösung gewährleistet ist. In der Meßkammer wird Licht von einer Lichtquelle im unteren Teil der Anordnung in die Probenflüssigkeit in der Meßkammer durch ein Farbfilter und eine Kondensorlinse eingestrahlt. Das ausgesandte Licht wird in einer photometrischen Kammer eingefangen und wird dort zur Messung verwendet. Diese photometrische Kammer ist mit Photozellen oder Phototransistoren ausgestattet, die gegenüber von der Lichtquelle angeordnet sind. Die Lichtquelle und die Photozellen oder Phototransistoren sind jeweils an eine Energiequelle und an ein Voltmeter über eine entsprechende Leitung angeschlossen, um die Messung der optischen Dichte der Probenflüssigkeit durchzuführen.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Kolorimeter im einzelnen anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben, und

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zwar in einer Anordnung, in welcher das Kolorimeter in einem Kulturenbehälter angeordnet ist. Es wird angenommen, daß die Kulturenlösung zunächst vom Einlaß in den inneren Zylinder-ein tritt, die folgende Beschreibung ist jedoch auch für den Fall anwendbar, daß die Kulturenlösung zunächst in den äußeren Zylinder und anschließend erst in den inneren Zylinder gelangt. Gemäß Fig. 1 ist ein Rührwerk 15 in einem Behälter 14- angeordnet, und das Rührwerk 15 wird in Drehung versetzt, um die Kulturenlösung umzurühren, während sterilisierte Luft aus einer Düse eingeblasen wird, welche über eine Rohrleitung 16 zugeführt wird, um während des Umrührens eine Kultivierung zu erreichen. V/enn das Rührwerk nicht in Betrieb ist, ist gemäß Fig. 3 der Flüssigkeitspegel im Behälter 14 ebenso hoch wie der Flüssigkeitspegel (h) im äußeren Zylinder 20 und im inneren Zylinder 19 der Entschäumungseinrichtung.

Wenn das Rührwerk eingeschaltet wird, strömt die Kulturenlösung in der durch Pfeile in der Fig. 2 angegebenen Richtung, und wenn die Lösung auf den äußeren Zylinder 20 auftrifft, strömt sie bis zur Höhe h. entlang dem äußeren Zylinder nach oben. Deshalb erfolgt ein Ausgleich zwischen der Kulturenlösung, welche in den inneren Zylinder 19 aus dem Einlaß 21 eingetreten ist, der entgegengesetzt zu der Rührrichtung angeordnet ist, und zwar in der Weise, daß ein Ausgleich durch denjenigen Pegel der Lösung erfolgt, welche entlang dem äußeren Zylinder 20 angestiegen ist, wobei dieser Pegel um h. höher wird als der Flüssigkeitspegel h in der Um-

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gebung. Somit strömt die Kulturenlösung in den inneren Zylinder 19» wobei diejenigen Luftblasen entfernt werden, welche größer sind als die Maschen des Gitters oder Siebes, welches am Einlaß 21 des äußeren Zylinders 20 angeordnet ist. Weiterhin werden diejenigen Blasen aus der Lösung eliminiert, welche noch in der Lösung verblieben waren, während die Lösung im inneren Zylinder 19 langsam nach unten strömt, indem diese Blasen nach oben abgeführt werden.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es erwünscht, eine geeignete Flüssigkeitspegeldifferenz h. zu erreichen. Wenn beispielsweise ein Kulturenbehälter mit einem Durchmesser von 20 cm verwendet wird, ist es möglich, den gewünschten Flüssigkeitspege!unterschied h dadurch zu erreichen, daß eine Rührgeschwindigkeit oberhalb von 150 U/min verwendet wird. Das oben beschriebene Prinzip kann offensichtlich auch auf den Fall angewandt werden, daß die Probenflüssigkeit zunächst in den äußeren Zylinder einströmt und dann anschließend in den inneren Zylinder geführt wird, von wo sie dann in die Zwischenkammer gelangt.

Die Strömungsrichtung der im inneren Zylinder 19 zunächst nach unten strömenden Flüssigkeit wird umgekehrt, wenn die Flüssigkeit die zur Strömungsumkehr dienende Verbindung zwischen dem inneren und dem äußeren Zylinder erreicht, welche am unteren Ende des inneren Zylinders angeordnet ist. Somit fließt die Lösung in diesem Durchgang nach oben, und beim Erreichen des

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Endes wird die Strömung erneut in ihrer Richtung umgekehrt, so daß die Lösung dann im äußeren Zylinder 20 nach unten strömt. Durch diese zweimalige Umkehr der Strömungsrichtung werden die in der Lösung enthaltenen Luftblasen vollkommen aus der Lösung eliminiert, und sie steigen im äußeren Zylinder 20 nach oben und treten dort aus. Dann strömt die nunmehr von Luftblasen freie Kulturenlösung aus dem äußeren Zylinder in den inneren Zylinder hinein und gelangt von dort durch die Einlasse 23 in die Zwischenkammer 24·, um durch die Meßkammer 25 hindurchzugehen, welche im unteren Teil des Durchgangs angeordnet ist. In der Meßkammer wird dann die optische Dichte der Lösung gemessen. Dann strömt die Lösung aus der Austrittsöffnung 32 der Meßkammer in die untere Kam-' mer 26 ein und gelangt von dort durch die Austrittsöffnung 27 wieder heraus, um im Kulturenbehälter zu zirkulieren. Die Verweilzeit der Probe in dem Kolorimeter beträgt etwa 1 bis 3 Minuten, und eine Abweichung in der Messung ist vernachlässigbar.

Die Zwischenkammer und die untere Kammer dienen dazu, einen glatten und ordnungsgemäßen Meßvorgang zu gewährleisten, indem eine stabile Strömung der Lösung in der Meßkammer herbeigeführt wird, und zwar durch eine Wechselwirkung der Strömung aus dem äußeren Zylinder mit der Strömung in der Meßkammer, was durch Umrühren im Kulturenbehälter erreicht wird, so daß diese Kammern in einer Vielfalt von Konfigurationen angeord- - net sein können, und solche Kammern können im einfachsten Fall

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leere Räume sein. Gegebenenfalls kann auch eine Leitfläche in jeder Kammer angeordnet werden. Gewöhnlich genügen jedoch für den vorliegenden Zweck leere Räume. Unter bestimmten Voraussetzungen kann der erwünschte Erfolg auch mit nur einer oder mit zwei Kammern herbeigeführt werden. Offensichtlich kann auch die Form des Durchgangs zwischen dem inneren und dem äußeren Zylinder in Abhängigkeit von dem jeweils angestrebten Zweck entsprechend gewählt werden.

Somit ist es mit dem erfindungsgemäßen Kolorimeter möglich, leicht und kontinuierlich die optische Dichte einer Kulturenlösung zu messen, ohne daß die Notwendigkeit besteht, daß der Meßvorgang überwacht wird. Weiterhin ist es auch möglich, die Meßergebnisse automatisch aufzuzeichnen, indem das erfindungsgemäße Kolorimeter über eine entsprechende Leitung mit einer Aufzeichnungseinrichtung verbunden wird. Weiterhin besteht die Möglichkeit, daß das Ausgangssignal der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung für verschiedene automatische Steuerungen verwendet werden kann.

Nachfolgend wird der Aufbau des Kolorimeterteils der Eintauch-Kolorimeter-Anordnung gemäß der Erfindung insbesondere anhand der Fig. 4- und 5 beschrieben. Dieses Kolorimeter hat eine zylindrische Form mit einem Durchmesser von 10 bis 50 ^mm und enthält in der Lichtquellenkammer eine Lichtquelle 2, ein Farbfilter 3» eine Linse 4· sowie eine Probenmeßkammer 5· Weiterhin sind in der Lichtmeßkammer eine Photozelle 6 oder ein Photo-

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transistor 7 und ein Fenster 8 angeordnet, wobei die Photozelle oder der Phototransistor mit einer äußeren Konstantspannungsquelle und einem Gleichspannungs-Voltmeter jeweils über eine Leitung 9 verbunden sind.

Im Betrieb wird das Kolorimeter 1 in einer in der Messung befindlichen und in Bewegung befindlichen Lösung angeordnet, wodurch die Lösung vom oberen Einlaß her in das Kolorimeter eintritt und dann in die Meßkammer 5 gelangt. Nachdem die Lösung durch die Meßkammer 5 hindurchgegangen ist, tritt sie aus dem Auslaß 11 wieder aus. Das von der Lichtquelle 2 durch das Farbfilter 3 und die Linse 4- ausgesandte Licht geht durch die Probe hindurch und wird durch das Fenster 8 auf die Photozelle 6 oder den Phototransistor 7 projiziert. Die optische Dichte der Probe läßt sich aus der Messung der photoelektromotorischen Kraft bestimmen, welche in Form einer Spannung von dem Gleichspannungs-Meßgerät angezeigt wird, welches an die Photozellen oder die Phototransistoren über eine Leitung 9 angeschlossen ist. Die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Einrichtung verwendete Lichtquelle 2 kann beliebiger bekannter Art sein, vorausgesetzt, daß das ausgesandte Licht eine Wellenlänge innerhalb eines bestimmten Bereiches hat. Die Photozelle 6 oder der Phototransistor 7i welche zur Messung des übertragenen Lichtes verwendet werden, können dem jeweiligen Verwendungszweck angepaßt sein. Auch die Länge der Leitung 9 kann in entsprechender Weise gewählt werden, und zwar in Abhängigkeit von der Tiefe der

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Probenlösung.

In der Fig. 6 ist in teilweise geschnittener Darstellung eine Seitenansicht einer Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht, bei v/elcher zwei Photozellen oder Phototransistoren und eine Probenmeßkammer sowie eine Steuerproben-Meßkammer vorhanden sind. Es ist ersichtlich, daß die Probenmeßkammer 5 und die Steuerproben-Meßkammer 5* ebenso wie die zwei Photozellen 6 und 6' oder die Phototransxstoren 7 oder 7¹ in den entsprechenden Abteilen angeordnet sind, die im Zylinder 1 durch eine Trennplatte 12 gebildet sind. Dabei ist die Anordnung derart getroffen, daß das Licht von der Lichtquelle 2 gleichförmig durch ein Farbfilter 3 und eine Linse 4 auf diese Anordnung projiziert wird.

Mit 13 sind Stopfen bezeichnet, welche zur Festlegung eines Einlasses und eines Auslasses für die Steuerproben-Meßkammer 5' dienen. Falls keine hinreichend stabile Konstantspannungsquelle zur Verfügung steht, wird eine bestimmte Lösung oder Wasser in die Steuerproben-Meßkammer 5¹ eingeführt, und zwar durch Öffnen der Stopfen 13, welche nach dem Füllen wieder ver schlossen werden. Durch freies Einleiten der Probensubstanz in die Probenmeßkammer 5 ist es möglich, die optische Dichte einer Probe mit Hilfe des Voltmeters zu ermitteln, und zwar aus dem Spannungsverhältnis zwischen den zwei Kammern. Die Probenmeßkammer 5 ist mit Öffnungen 10 und 11 ausgestattet, welche zum Einleiten bzw. Ausleiten der Probe dienen.

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Da die Photozellen 6 bzw. 6¹ oder die Phototransistoren 7 bzw. 7¹ mit dem Voltmeter jeweils über eine Leitung 9 verbunden sind, läßt sich die optische Dichte der Probe leicht mit Hilfe des Voltmeters aus dem Spannungsverhältnis zwischen der Probenmeßkammerseite und der Seite der Steuerproben-Meßkammer ermitteln.

Obwohl der Aufbau der Meßkammer in einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes beschrieben wurde, ist es möglich, den Aufbau in vielfältiger V/eise abzuwandeln, und eine kontinuierliche Messung kann durchgeführt werden, indem kontinuierlich die Probenlösung zwischen der Lichtquelle und der photometrischen Kammer strömt. Insbesondere ist es zweckmäßig, einen Aufbau zu verwenden, der die Möglichkeit bietet, denjenigen Teil der Anordnung auf ein Minimum zu beschränken, . in welchem die -Strömung der Lösung in der Gefahr ist zu stagnieren, so daß eine Ansammlung oder eine Ablagerung von Mikroorganismen vermieden werden kann.

Während das erfindungsgemäße Eintauch-Kolorimeter anhand der Zeichnung in Form eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert wurde, dürfte für den Fachmann offensichtlich sein, daß ohne weiteres vielfältige Weiterbildungen oder Abwandlungen auf der Basis der obigen Beschreibung möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Beispiel T

In diesem Beispiel wird ein Fall beschrieben, in welchem als

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typisches Beispiel von Mikroorganismen, wie sie in der Industrie verwendet werden, ein Bacillus subtilis in einem Kulturbehälter kultiviert wurde, der mit einem Eintauch-Kolorimeter ausgestattet war, welches mit einer erfindungsgemäßen Entschäumungseinrichtung versehen ist. Dabei wurde die optische Dichte der Mikroorganismen bestimmt.

Die bei diesem Beispiel verwendete Vorrichtung hatte einen Durchgang und eine Meßkammer, wie sie in den I"ig. 7 und 8 veranschaulicht sind. Die Kulturenlösung strömt von dem Einlaß 21 her in das Kolorimeter, strömt in dem inneren Rohr 19 nach unten, geht durch den Verbindungsdurchgang zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr hindurch, strömt im äußeren Rohr nach unten und wird in den Durchgang 24- eingeleitet, und zwar aus einer Mehrzahl von Einlaßöffnungen 231 wird durch eine konische Seitenwand 29 gedrosselt und strömt weiter nach un-. ten in die Meßkammer 25 aus einer Öffnung 31, die in einer Trennwand 3O cLes Durchgangs 24· angeordnet ist. In der Meßkammer 25 wird Licht aus einer Lichtquelle (einer Lampe, die mit einer Linse an ihrem einen Ende ausgestattet ist) durch eine Kondensorlinse hindurchgeführt, um die optische Dichte mit Hilfe eines Phototransistors 7 zu messen. Nach der Messung tritt die Probenlösung in die untere Kammer ein, und zwar aus den Öffnungen 32, 32'. Während dieser Zeit werden die Luftblasen, welche an der Unterseite des Fensters auf der Oberseite der Meßkammer haften, durch die Strömung der aus der öffnung 31· eintretenden Lösung abgewaschen.

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Das Eintauch-Kolorimeter mit einer Entschäumungseinrichtung, welches in diesem Beispiel verwendet wird, hat eine Gesamtlänge von 40 cm und einen Außendurchmesser von 60 mm, und es hat eine Meßkammer mit Abmessungen von 10 mm χ 10 mm, wobei ,

eine Einlaßöffnung von 15 mm vorhanden ist. Dieses Kolorimeter wurde in einen mit einem Rührwerk ausgestatteten und auf konstante Temperatur gehaltenen Mikroorganismen-Fermenter eingetaucht (Microferm Fermenter MF-114 mfd. von New Branswich Inc., USA). Dieses Gerät hat einen Innendurchmesser von 22 cm, eine Höhe von 45 cm und ein Fassungsvermögen von 14 Litern. Die Kultivierung der Mikroorganismen wurde unter Belüftung und Umrühren in diesem Fermenter durchgeführt, und die Zellendichte der Mikroorganismen wurde während der Kultivierung automatisch mit Hilfe eines Aufzeichnungsgerätes registriert, nachdem eine kontinuierliche Messung der optischen Dichte durchgeführt wurde..

Zunächst wurden 10 Liter eines Probenmediums in den Fermenter eingebracht (diese Probe enthielt 100 g Polypepton, 25 g Hefeextrakt und 25 g Natriumchlorid und war auf einen pH-Wert von 7,0 eingestellt). Dann wurde die Probe während 30 Minuten einer Hochdruck-Dampfsterilisation ausgesetzt, indem ein Druck von

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1 kp/cm verwendet wurde. Nach dem Abkühlen wurde die Probe auf 37°C gehalten. Dann wurden 200 ml einer Vorkulturlösung zugegeben, welche aus einer 20-Stunden-Schüttelkultur eines Stammes von Bacillus subtilis Marburg GSY 1026 auf der TB-Kultur bei 37⁰O hergestellt wurde. Anschließend wurden nach

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einer etwa 8-minütigen Luftbehandlung 200 ml derselben Vorkulturlösung zugegeben, wonach weiter bei 37°G kultiviert wurde, und zwar bei einem Luftdurchfluß von 6000 ml/min und einer Rührgeschwindigkeit von 500 U/min. Bei diesem Vorgang war ein Flüssigkeitspegelunterschied von etwa 10 mm zu beobachten. Die optische Dichte, welche mit Licht von 660 nm Wellenlänge gemessen wurde, welche, die Zellendichte von Mikroorganismen im Laufe der Kultivierung angibt, erhöhte sich als Funktion der Zeit, wie es in der graphischen Darstellung der Fig. 9 veranschaulicht ist.

Eine graphische Darstellung dieser Trübungskurve in einem logarithmischen Maßstab ergibt die in der Fig. 10 dargestellte Kurve. Diese Meßergebnisse zeigen an, daß die Messungen durchgeführt wurden, ohne daß eine Beeinflussung durch Luftblasen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung stattgefunden hat. Wenn eine Suspension aus Mikroorganismen zugegeben wird, erfolgt eine Dispersion im Behälter in zwei Minuten nach, der Zugabe, und es ergibt sich eine optische Dichte, wie sie auf der linken Seite der graphischen Darstellung in der Fig. 9 veranschaulicht ist, woraus ersichtlich ist, daß fast keine Verzögerung bei der Messung aufgetreten ist.

Gemäß der obigen Beschreibung kann die Zellendichte in dem Fermenter durch Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sehr klar gemessen werden.

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- 19 Beispiel 2

Der Vorgang gemäß Beispiel 1 wurde für eine Kultur aus Saccharomyces cerevisiae wiederholt, d.h. mit einer Hefe, indem ein Kulturmedium verwendet wurde, welches 3 % Malzextrakt, 0,5 % Hefeextrakt und 0,5 % Glukose enthielt, und zwar bei 30⁰C und unter Umrühren mit einer Geschwindigkeit von 800 U/min und einer Belüftung mit einem Luftdurchfluß von 14000 cmVmin. Dies führte zu den in den Fig. 11 und 12 veranschaulichten Ergebnissen. In &r Fig. 12 sind die in der Fig. 11 dargestellten Ergebnisse in logarithmischem Maßstab dargestellt.

- Patentansprüche -

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Claims

- 20 Patentansprüche

SEintauch-Kolorimeter, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Einrichtungen vorhanden sind:

(a) eine Einrichtung, welche dazu dient, die Probenlösung nach unten strömen zu lassen, wobei die Einrichtung Einlaßöffnungen für die Probenlösung aufweist, welche in dem Kolorimeter zirkuliert, und zwar aufgrund des Flüssigkeitspegelunterschiedes, der dadurch erzeugt wird, daß die Lösung gegen die Außenfläche des Kolorimeters strömt,

(b) eine Einrichtung zum Umkehren der Strömungsrichtung der Probenlösung, welche in der Einrichtung gemäß
Merkmal (a) nach unten strömt, so daß die Probenlösung nunmehr nach oben strömt,

(c) eine Einrichtung, welche dazu dient, die Strömungsrichtung der Probenlösung von der ersten Strömungsumkehreinrichtung (b) erneut umzukehren, so daß die Probenlösung nunmehr wieder nach unten strömt,

(d) eine Einrichtung, welche dazu dient, die Lösung von der zweiten Strömungsrichtungs-Umkehreinrichtung (c) in die Meßkammer zu leiten, in welcher die Lichtübertragung sfunktion kontinuierlich gemessen wird, und

(e) eine Auslaßeinrichtung zur Abgabe der Probenlösung, welche aus der Meßkammer austritt.

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2. Eintauch-Kolorimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitspegelunterschied durch Umrühren der Lösung herbeigeführt wird, welche der Messung unterzogen werden soll.
3. Eintauch-Kolorimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkammer zwischen der Lichtquellenkammer und einer photometrischen Kammer angeordnet ist und daß das von der Lichtquellenkammer ausgesandte Licht durch eine photometrische Einrichtung eingefangen wird, welche in der photometrischen Kammer angeordnet ist, um die elektromotorische Kraft mit Hilfe eines Potentiometers zu messen, welches außerhalb des Systems angeordnet ist, so daß dadurch die optische Dichte ermittelt wird.
4. Eintauch-Kolorimeter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Photometereinrichtung eine Photozelle ist.
5. Eintauch-Kolorimeter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Photometereinrichtung ein Phototransistor ist.
6. Eintauch-Kolorimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zwischenkammer zwischen der ersten Probenlösungs-Strömungsumkehreinrichtung und der Meßkammer angeordnet ist, wodurch die Lösung dazu gebracht

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- 22 wird, in einer glatten Strömung in die Meßkammer einzutreten.
7. Eintauch-Kolorimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Raum am Boden der Meßkammer angeordnet ist, der als untere Kammer dient, und daß die Probenlösung in der Meßkammer zum Ausströmen gebracht wird, indem sie durch die untere Kammer hindurchgeleitet wird, um eine glatte Strömung der Probenlösung in der Meßkammer zu gewährleisten.
8. Eintauch-Kolorimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßlösung eine aerobe Fermentationskulturlösung ist.
9. Eintauch-Kolorimeter nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeich-net, daß das Kolorimeter in einem aeroben Fermenter angeordnet ist, um die optische Dichte der Kulturlösung in Abhängigkeit von ihrem Absorptionsvermögen zu ermitteln, indem eine kontinuierliche Messung der Zellendichte der Mikroorganismen in der Kulturlösung durchgeführt wird.
10. Eintauch-Kolorimeter, dadurch gekennzeichnet , daß folgende Einrichtungen vorhanden sind:

(a) eine Zwei-Zylinder-Anordnung, die einen inneren Zylinder und einen äußeren Zylinder aufweist, wobei beide Zylin-■ der am oberen Ende offen sind und auch einen Probenlösungseinlaß haben, der nur in einen der Zylinder mündet,

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(b) eine Einrichtung zum Umkehren der Strömungsrichtung der Lösung, welche in den Einlaß eintritt und in dem Zylinder nach unten strömt, wobei die Umkehreinrichtung am unteren Ende der Zwei-Zylinder-Anordnung angeordnet ist und den Zylinder mit dem Einlaß mit dem anderen Zylinder verbindet,

(c) eine Einrichtung, welche dazu dient, die Strömungsrichtung der nunmehr nach oben strömenden Lösung erneut umzukehren, nachdem die erste Umkehr erfolgt war, so daß die Probenlösung nunmehr nach unten strömt,

(d) eine Zwischenkammer zur Regelung der LÖsungsströmung, wobei die Zwischenkammer an der Unterseite der Zwei-Zylinder-Anordnung angeordnet ist und einen Strömungseinlaß aufweist, der mit der zweiten Strömungsumkehreinrichtung in Verbindung steht und weiterhin einen Durchgang hat, der mit der Meßkammer in Verbindung steht, welche ihrerseits mit der Unterseite der Zwischenkammer in Verbindung steht, und

(e) eine Meßkammer, die eine Öffnung aufweist, welche zu der ProbenlÖsungs-Austrittsöffnung führt, wobei auch eine Einrichtung vorhanden ist, welche dazu dient, die Lichtübertragungsfunktion der Lösung zu messen, welche durch die Meßkammer hindurchströmt, wodurch die Lichtübertragungsfunktion der Lösung, welche vom Einlaß zu der Austrittsöffnung zirkuliert, und zwar aufgrund des Flüssigkeitspegelunterschiedes, der durch das Auftreffen der Meßlösung gegen die Außenwand des äußeren Zylinders hervorgerufen wird, in der photometrischen Kam-

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- 24 mer kontinuierlich gemessen wird·
11. Eintauch-Kolorimeter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßlösung eine Fermentationskulturlösung ist.
12. Eintauch-Kolorimeter nach Anspruch 11, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Strömung der Meßlösung durch Umrühren erzeugt wird.
13. Eintauch-Kolorimeter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtquellenkammer und eine photometrische Kammer auf beiden Seiten der Meßkammer angeordnet sind und daß Licht von der Lichtquellenkammer in der photometrischen Kammer eingefangen wird, um die optische Dichte der Probenlösung in der Meßkamnfer zu ermitteln.
. Eintauch-Kolorimeter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine untere Kammer an der Unterseite der Meßkammer vorgesehen ist, um eine Störung der Probenlösung in der Meßkammer zu verhindern, welche durch eine Strömungsbewegung der Meßlösung hervorgerufen werden könnte.
15· Verfahren zum Behandeln einer ^robe von Mikroorganismen, bei welchem ein Eintauch-Kolorimeter in einen aeroben 3?ermentations-Kulturbehälter eingetaucht wird und die optische Dichte der Kulturlösung gemessen wird, so daß dadurch während der Kultivierung konstant das Wachstum der Mikorörga-

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nismen im Tank beobachtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zwei-Zylinder-Anordnung verwendet wird, die aus einem inneren Zylinder und einem äußeren Zylinder besteht, welche beide oben offen sind, daß diese Anordnung in dem Kulturbehälter angeordnet wird, daß die Anordnung mit einer Probenlösungs-Einlaßöffnung in den inneren Zylinder versehen wird, welche gegenüber von der Lösungsströmung in dem Kultivierungsbehalter angeordnet ist, daß der Einlaß derart ausgebildet wird, daß die Probenlösung in den inneren Zylinder aufgrund des Plüssigkeitspegelunterschiedes einströmen kann, welcher durch das Ansteigen desjenigen Fliissigkeitspegels hervorgerufen wird, der durch das Auftreffen der Lösung im Behälter auf das Kolorimeter hervorgerufen wird, so daß dadurch die in der Kulturlösung enthaltenen Luftblasen aus der Lö.sung nach oben- entweichen, wobei die Lösung im inneren Zylinder nach unten strömt, daß die Richtung der nach unten strömenden Lösung durch einen ersten Strömungsumkehrdurchgang umgekehrt wird, welcher an der Unterseite der Zwei-Zylinder-Anordnung vorhanden ist, so daß die Lösung dann nach oben strömt, daß weiterhin eine erneute Umkehr der Strömungsrichtung durch einen zweiten Strömungsrichtungs-Umkehrdurchgang erfolgt, so daß die Strömung dann wieder nach unten gerichtet ist, so daß dadurch die feinen Luftblasen aus der Probenlösung eliminiert werden, die im äußeren Zylinder strömt, wonach die von Luftblasen befreite Probenlösung dann in dem äußeren Zylinder nach unten in die

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Meßkammer eingeleitet wird, wo das Absorptionsvermögen der Probenlösung kontinuierlich gemessen wird, während die gemessene Lösung in den Behälter strömt, so daß dadurch eine kontinuierliche Bestimmung der optischen Dichte der Probenlösung ermöglicht wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15i dadurch gekennzeichnet, daß eine Zwischenkammer am unteren Ende des äußeren Zylinders vorgesehen wird, um die nach unten gerichtete Strömung im äußeren Zylinder in die Meßkammer zu führen, und zwar durch die Zwischenkammer, um eine glatte Strömung der Lösung in der Meßkammer zu erreichen, damit eine stabile Messung der Lösung gewährleistet ist.

17· Verfahren nach Anspruch 15> dadurch gekennzeichnet, daß eine untere Kammer an der Unterseite der Meßkammer vorgesehen wird, um die Strömung der Lösung in der Meßkammer dadurch zu stabilisieren, daß der Einfluß der Strömung im Behälter eliminiert wird, so daß dadurch eine stabile Messung der Lösung gewährleistet wird.

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