DE2733000C2 - Verfahren zur kontinuierlichen Desintegration von Mikroorganismenzellen und Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

ίο Erfindungsgegenstand ist das im Patentanspruch I angegebene Verfahren sowie die im Anspruch 2 genannte Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens. Die Ansprüche 3 bis 6 beinhalten Ausgestaltungen dieser Anlage.

Dia Anlage kann als Mehrzweckanlage in der mikrobiologischen Industrie zur Gewinnung von Desintegrationsmitteln der Zellen, die eine erhöhte Verdaulichkeit aufweisen, zur Verdrängung der Plasmolysestufe sowie zur Abtrennung intrazellulärer Biopolymere,

z. B. Eiweiß, Fermenten, Nukleinsäuren und anderen, eingesetzt werden.

Bekannt ist eine große Anzahl von Verfahren und Apparaturen zur Desintegration von Mikroorganismenzellen, die in Laborpraxis angewendet werden (siehe »Desintegration von Mikrooorganismen. Sammelband, Materialien der 1. Unionskonferenz, Puschtschino-am-Oka, 1972).

Die Anwendung von Desintegrationsmitteln im großtechnischen Umfang für diese Zwecke ist jedoch durch zwei Verfahren in entsprechender apparaturenmäßiger Ausführung beschränkt Eines davon ist das Verfahren des Hydroextrudierens, das im Komprimieren der jeweiligen Zeilensuspension bis zu einem Druck in der Größenordnung von 3000 atm mit nachfolgender Reduzierung dieses Druckes bis zum Atmosphärendurck in einer beziehungsweise in einigen Stufen besteht Die Konstruktion der Anlage wurde von der Firma Manton Gaulin/USA entwickelt. Sie wird gebaut mit einner Leistung bis 10 mVh.

■to Eine solche Anlage wurde vorwiegend zur Homogenisierung von Milch, Milcherzeugnissen, Saft und Kindernahrung entwickelt und im Prozeß der Desintegration von Mikroorganismenzellen erforscht, wobei unbestimmte Ergebnisse erzielt wurden, die von der Höhe des Druckes und der Geschwindigkeit seiner Veränderung abhängig sind.

Diese Konstruktion zeichnet sich durch Anwendung hoher Drucke (bis 3000 bar), durch hohen Energie- und Metallaufwand sowie durch eine ungenügende Effekti vität des Desintegrationsprozesses von Zellen bei einstufiger Reduzierung des Druckes aus.

Ein anderes großtechnisches Verfahren, das zur Desintegration von Mikroorganismen eingesetzt wird, arbeitet mit einer Kugelmühle (Zermahlen von Zellen mittels Mahlkörpern — Karborund, Glas etc. — mit einem Durchmesser von 0,5 bis 0,75 mm in einer zylindrischen abkühlbaren Kammer), die mit mit großer Geschwindigkeit rotierenden Schlagflügel versehen ist.

Derartige Desintegrationsmittel vom Typ Dyno-Mill werden von der Firma WAB (Schweiz) produziert; sie weisen nach Angaben der Firma eine Leistung bis 03 m³ Zellensuspension/h auf. Eine solche Konstruktion der Anlage ist durch große Energieaufwendungen, durch

fi5 starke Erhitzung, durch das Zermahlen der Mahlkörper selbst, durch eine geringe Zuverlässigkeit und durch die Kompliziertheit ihrer Bauart unter großtechnischen Bedingungen gekennzeichnet

Bekannt ist die kcnsiruktion einss Desintegrators (SU-PS 2 81 747) mit einem hydraulischen Drucksystem, einem Desintegrierkopf mit einer Auslaßöffnung mit Drosselwirkung, ir? der die Desintegration von Zellen von Mikroorganismen mittels Durchpressen* der Suspension von Mikroorganismen durch die Drosselöffnung erfolpt Ein Nachteil der erwähniers Anlage besieht in der Notwendigkeit, hohe Drücke (bis 3000 bar bzw. 3 · 10⁸Pa) anzuwenden, ferner in der eingeschränkten Leistungsfähigkeit von solchen AnIagen.

Beksar.i iii auß-erdem eine Vorrichtung (US-PS 21 90 6.S9), die für die Zerstörung von Hefezellen geeignet ist Sie setzt sich aus folgenden wichtigen Baugruppen zusammen: einem Behälter für »Aktivierung« von Hefe, einer Pumpe zum Umpumpen der Suspension durch einen Wärmeaustauscher-Kühler in eine Kolloid-Mühle, einem Hochdruckkompressor, einem Wärmeaustauscher-Erhitzer und zuletzt einer Zerstäubungsdüse und einem Sammelbehälter, der unter Atmosphärendruck oder unter Vakuum gehalten werden kann.

Bekannt ist auch aus der SU-PS 4 77 ?42 eine Vorrichtung zur Desintegration biologischer Materialien. Diese Vorrichtung besteht aus einem dickwandigen Zylindergehäuse, in dem das Arbeitsmaterial untergebracht und ein Gasdruck mit seiner nachfolgenden Reduzierung durch ein Hohlventil mit großem Querschnitt in dem Aufnahmegefäß erzeugt wird. Dabei werden die Hebung des Ventils und die Reduzierung des ^t0 Druckes mittels eines Hebels vorgenommen, der über einem Aufnahmegefäß befestigt ist

Wenn die erste Vorrichtung durch Mehrstufigkeit Kompliziertheit der Ausrüstungen und der Kontrolle des Prozesses gekennzeichnet ist, so zeichnet sich die zweite Vorrichtung durch Diskontinuität des Desintegrationsprozesses von biologischen Materialen aus.

Der Einsatz von Kühl- und Erhitzungsbaugruppen und einer in der Regel leistungsschwachen Kolloid-Mühle im ersten Fall und des periodischen Betriebes im zweiten FaJ¹ kann nicht als effektiv sowohl in verfahrenstechnischer als auch in wirtschaftlicher Hinsicht bezeichnet werden.

Hierdurch ist das Ziel der Erfindung die Entwicklung eines Verfahrens für kontinuierliche Desintegration von Mikroorganismenzellen, das die Nachteile der bekannten technologischen Prozesse ähnlicher Zweckbestimmung beseitigt. Außerdem besteht das Ziel der Erfindung in der Entwicklung einer Anlage zum Durchführen des genannten Verfahrens auf eine ^M besonders effektive Weise

Der Erfindung wurde eine technologische Aufgabe zugrundege'egt, die vorherige Vorbereitung der Wassersuspersion von Mikroorganismenzellen so zu verändern, daß eine Intensivierung des Desintegrationsprozesses ohne bedeutende Komplizierung des technologischen Verfahrens und des Aufbaus der Anlage im Vergleich zu den bekannten Verfahren und der Vorrichtungen gleicher Zweckbestimmung erreicht wird.

Zur Lösung der genannten technologischen Aufgabe dient erfindungsgemäß das Verfahren nach Anspruch 1.

Durch die vorherige Sättigung der Zellensuspension mit Gas unter Druck in einem Mischgefäß wird die Desintegration der Zellen wesentlich intensiviert. ^fc5

Eine Anlage zur Verwirklichung dieses Verfahrens ist im Anspruch 2 angegeben.

Diese technische Lösung ermöglicht es, den Prozeß der Desintegration vor« Zellen dadurch wesentlich zu intensivieren, daß das Mischgefiß mit einem Füllstandsregler versehen wird, der en; Oasp^iscviF ιΐ'-ftr der Siispensiorsmasse, die gesättigt weniei soil.scnafil

Ais Abwandlung der Erfindung ist die Anlage dadurch gekennzeichnet, daß die Desintegrationsbaugruppe yivd. flanschcnartige Gehäuse beinhaltet, von deu&i das eine mit einem tellerartigen Ventilsitz ausgerüstet ist, und im anderen Gehäuse ein Ventilsitz mit mindestens einem ringförmigen an seinem Rand scharfen Ansatz vorgesehen ist, der sieh an die Ränder des ersten erwähnten Ventilsitzes stützt, wobei das zweite flanschenartige Gehäuse einen federnden Stoßdämpfer enthält und beide: Gehäuse mittels Gewindespindeln zum Annähern der Sitze miteinander gekoppelt sind.

Diese technische Lösung ermöglicht es, den Prozeß der Desintegration von Zellen dadurch wesentlich zu intensivieren, daß das Mischgefäß unmittelbar mit dem Gefäß zur Aufbewahrung der mit Gas gesättigten Suspension verbunden ist

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist die Anlage dadurch g-i-ennzeichnet, daß die Vorrichtung zur kontinuierlichen Desintegration mehrere konstruktionsmäßig identische Baugruppen enthält

Diese technische Lösung ermöglicht es, den Prozeß der Desintegration von Zellen dadurch wesentlich zu intensivieren, daß die Desintegrationsbaugruppe zwei zueinander zugewandte Ventilsitze zwecks Bildung eines nachstellbaren Drosselungsschlitzes zwischen ihnen darstellt wobei einer der Sitze ständig gefedert ist und die Baugruppe mit einer Einrichtung zum Annähern dieser Sitze versehen ist

Gemäß einer weiteren Modifikation ist die Anlage dadurch gekennzeichnet daß das flanschenartige Gehäuse, das einen Stoßdämpfer einschließlich mehrere konzentrische ringförmige Ansätze des Ventilsitzes und eine Bohrung im zentralen Teil für die Abführung der desintegrierten Zellen aufweist, und das andere flanschenartige Gehäuse einen Vertilsitz mit einer Vielzahl von radialen Kanälen für die Zuführung von Suspension an die Zone zwischen den ringförmigen Ansätzen enthält.

Diese technisch« Lösung wird es ermöglichen, den Prozeß der Desintegration von Zellen dadurch wesentlich zu intensivieren, daß die Desintegrationsbaugruppe zwei flanschenartige Gehäuse aufweist, von denen eines mit einem Ventilsitz mit einer Vielzahl von radialen Kanälen für die Zuführung von Suspension versehen ist, und das andere einen Ventilsitz mit einer Anzahl von konzentrisch liegenden ringförmigen Ansätzen, die an ihrem Rand scharf sind, sowie mit einer Bohrung im zentralen Teil ausgerüstet ist; der zweite Ventilsit7 stützt sich auf den ersten erwähnten Ventilsitz, wobei beide Gehäuse miteinander minds einer Gewindespindel nachstellbar verbunden sind, und eines davon eine Bohrung im zentraitn Teil aufweist.

Als eine weitere Variante ist die Anlage dadurch gekennzeichnet, daß die Desintegrationsvorrichtung einen mechanischen SchwingungEriittler einschließt, der mit einem der flansehenarigen Gehäuse verbunden ist Diese technisch Lösung ermöglicht es, den Prozeß der Desintegration von Zellen dadurch wesentlich zu intensivieren, daß die Desintcgratiorisbaugruppe: mit dem mechanischen Schwingungsrüttler ausgerüstet ist, der mii einem der ffaüschenartigen Gehäuse gg'.-opoelt ist.
Selbstverständlich ist das am Eingang der Desintegra

lionsvorrichtung angeschlossene Mischgefäß der Suspension mit Gas mit einem Füllstandsregler versehen ist, der den vorgegebenen Stand des Gaspolsters über der Suspensionsmasse, die zu sättigen ist, aufrechterhält.

Diese technische Lösung ermöglicht es. den Prozeß > der Desintegration von Zellen dadurch wesentlich zu intensivieren, daß die Vorrichtung für kontinuierliche Desintegration mehrere konstruktionsmäßig identische Desintegrationsbaugruppen enthält.

Nachstehend wird das Wesen der Erfindung anhand ι η der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das prinzipielle technologische Schema der erfindungsgemäßen Anlage für die kontinuierliche Desintegration von Mikroorganismenzellen; ι >

F i g. 2 die Desintegrationsbaugruppe der Anlage, die auf Fig. 1 aogebildet ist (Gesamtansicht mit Teilschnitt).

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die wäßrige Suspension von Mikroorganismenzellen mit komprimiertem Gas unter einem regelbaren Druck so gesättigt. 2" daß sich in einer Volumeneinheit von Suspension mindestens eine Volumeneinheit von Gas auflöst. Hinterher wird die mit Gas gestättigte Suspension unter dem Sättigungsdruck während einer Zeit gehalten, die für die Gewinnung von Suspension ausreichend ist, die r> in ihrem gesamten Volumen gleichmäßig mit Gas gesättigt ist. Die auf diese Weise zubereitete Suspension wird durch Hie Desintegrationsbaugruppe kontinuierlich durchgelassen, in der beim Durchströmen der Suspension durch den engen Drosselungsschlitz ein starkes Druckgsfälle in den Zellen geschaffen wird, deren Hülle infolge des inneren Druckes zerstört wird.

Die A.,!agc für die kontinuierliche Desintegration der Suspension von Mikroorgjnismenzellen im genannten Verfahren ist in Form von zwei dickwandigen J5 zylindrischen Gefäßen ausgeführt: einen Mischgefäß 1 (Fig. I) und einem Homogenisierungsgefäß 2. An den oberen Teil des Mischgefäßes 1 sind Kanäle für die Zuführung von Zellensuspension mittels einer Dosierungspumpe 3 angeschlossen, sowie für die Zuführung von komprimiertem Gas, das durch eine Hochdruckleitung zuströmt, an der innerhalb des Mischgefäßes 1 ein Füllstandsregler 4 beispielsweise vom Schwimmertyp eingebaut ist.

Am unteren Teil des Mischgefäßes 1 gibt es eine Ableitung zum unteren Teil des Homogenisierungsgefäßes 2, in dessen oberen Teil die Ableitung zur Desintegrationsvorrichtung 5 sich befindet, die in einem Sammelbehälter 6eingeschlossen ist.

In der allgemeinen Ausführung weist die Desintegrationsbaugruppe zwei flanschenartige Gehäuse, von denen eines mit einem tellerförmigen Ventilsitz mit ringförmiger peripherischer Dichtung ausgerüstet ist, und in dem anderem Gehäuse ein Ventilsitz mit mindestens einem ringförmigen scharfen Ansatz vorgesehen ist, der sich auf die Ränder des ersten erwähnten Ventilsitzes stützt, wobei das zweite flanschenartige Gehäuse einen federnden Stoßdämpfer enthält, und die beiden Gehäuse mittels einer Gewindespindel nachstellbar miteinander gekoppelt sind

Im einzelnen setzt sich die Desintegrationsvorrichtung 5 (Fig.2) aus zwei flanschenartigen Gehäusen zusammen:

Aus dem oberen Gehäuse 7, das im oberen Teil mit einem Schwingungsrüttkr 8, zum Beispiel vom Elektro- *" vibratortyp, und im unteren Teil mit teiierartigem Ventilsitz 9 mit einer Vielzahl von radialen Kanälen 10 ausgerüstet ist, und aus dem unteren Gehäuse SI, das eine durchgehende Bohrung 12 im zentralen Teil aufweist, und mit einem ständig gefederten Ventilsitz 13 ausgerüstet ist, der sich auf einen Stoßdämpfer 14 mit doppeltem ringförmigem spitzwinkligem Ansatz stützt und eine Bohrung 16 im zentralen Teil hat. Dabei werden die Gehäuse mittels drei Stiftschrauben 17 verbunden, die mit Scheiben 18 und Nachstellmuttern 19 zentriert werden, die die Einrichtung zum Annähern der Ventilsitze 9 und 13 bilden.

Unter Zuhilfenahme der genannten Einrichtung zum Annähern der Ventilsitze (9 und 13), von denen einer abgefedert und mit dem Stoßdämpfer gekoppelt ist, kann man die Größe des zwischen diesen Sitzen entstandenen Drosselungsschlitzes regeln.

Die Erfindung sieht die Möglichkeit des aufeinanderfolgenden Anschlusses mehrerer konstruktionsmäßig identischer Desintegrationsbaugruppen, wie oben bereits beschrieben, vor.

Die Funktionsweise, d. h. die kontinuierliche Desintegration der Suspension von Mikroorganismenzellen ist wie folgt: Durch eine Hochdruckleitung von einer Drukflasche oder einem Kompressor wird komprimiertes Gas zugeführt und die Dosierungspumpe 3 angetrieben, die die kontinuierliche Zuführung von Zeliensusperision zum Mischgefäß 1 und zum Homogenisierjpgsgefäß 2 ausführt. Sobald der Stand im Mischgefäß 1 ansteigt, taucht der Schwimmer des Füllstandsreglers 4 auf und öffnet das Ventil für den Zutritt d-'i komprimierten Gases, das durch die Suspensionsschichi unter Druck strömt.

Die iv.it Gas gesättigte Zellensuspension tritt kontinuierlich auch weiterhin in die Desintegrationsvorrichtung 5 ein, in der der Druck bis ium Aimo<phärendruck gesenkt wird wir- ^:fr» Samir.tiuühaiter 6 gesammeit und nach außen herausgeführt. Dabei tritt die Zellensuspension in den tellerförmigen Ventilsitz 9 des oberen Gehäuses 7 der Vorrichtung ein, strömt durch eine Vielzahl von radialen Kanälen 10 in den Luftspalt des doppelten ringförmigen Ansatzes 15 des unteren Ventilsitzes 13 durch und tritt nach außen und in das Innere der durchgehenden Bohrung 16 im Sitz des zentralen Teils des Gehäuses ein, sammelt sich danach im Sammelbehälter 6 und wird herausgeführt.

Im Betrieb wir<^J. Ast Druck der Desintegration mittels der Nachstellmuttern 19 einreguliert. Gleichzeitig wird der Schwingungsrüttler 8 zum Beispiel vom Elektrovibrationst.-p eingeschaltet, der am oberen &ehs<^e 7 der Desintegrationsvorrichtung 5 montiert ist, und der kontinuierlich oder diskontinuierlich bei Steigerung des Druckes nach Signalen vom Elekirokontaktmanometer (wird nicht gezeigt) betrieben wird und der die Verschmutzung der Desintegrationsvorrichtung 5 verhindert

Im weiteren arbeitet die Anlage kontinuierlich und automatisch und gewährleistet die Desintegration der Suspension von Mikroorganismenzellen in den vorgegebenen Bereichen der Geschwindigkeit des Stromes und des Druckes während einer längeren Zeit

Die Erfindung ist relativ einfach, zuverlässig, automatisch wirkend, läßt sich leicht für die großtechnische Verwendung herrichten und realisiert eine kontinuierliche und effektive Desintegration der Suspension von Mikroorganismenzellen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur kontinuierlichen Desintegration von Mikroorganismen vom Hefe-, Bakterien- und Pilzetyp mittels Drosselung der wässerigen Suspension von Mikroorganismenzellen, bei dem eine mechanische Zerstörung von Zellenhüllen erreicht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die wässerige Suspension der Mikroorganismenzellen vorher mit komprimiertem Gas unter regelbarem Druck so gesättigt wird, daß in einer Volumeneineheit der Suspension mindestens eine Volumeneinheit von Gas sich auflöst, danach die mit Gas gesättigte Suspension unter Sättigungsdruck während einer Zeit gehalten wird, die für Gewinnung einer gleichmäßig mit Gas gesättigten Suspension in ihrem gesamten Volumen ausreicht, und daß die auf die genannte Weise vorbereitete Suspension kontinuierlich durch eine Desintegrationsbaugruppe durchgelassen wird, in der beim Durchströmen der Suspension durch einen engen Drosselungsschlitz ein starkes Druckgefäüe in den Zeilen erzeugt wird, deren Hülle infolge des inneren Druckes zerstört wird.

2. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß sie zwei aufeinanderfolgend angeordnete dickwandige Druckgefäße (1, 2) enthält, von denen eines das Mischgefäß (1) der Zellensuspension mit komprimiertem Gas ist und das andere das Homogenisierungsgefäß (2) zur Aufbewahrung der mit Gas gesättigten Suspension ist, sowie eine Vorrichtung (5) zur Desintegration, die mir bestens eine Baugruppe einschließt, die zwii zueinander zugewandte Ventilsitze (9 und 13) und eir? Einrichtung zum Annähern dieser Sitze unter Bildung eines nachstellbaren Drosselungsschlitzes darstellt, wobei einer der genannten Ventilsitze (13) abgefedert ist

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Desintegrationsbaugruppe zwei flanschenartige Gehäuse (7 und 11) aufweist, von denen das eine Gehäuse (7) mit einem tellerartigen Ventilsitz (9) ausgerüstet ist, und in dem anderen Gehäuse (11) ein Ventilsitz (13) mit mindestens einem ringförmigen an seinem Rand scharfen Ansatz (15) vorgesehen ist, der sich auf die Ränder des ersten erwähnten Ventilsitzes (9) stützt, wobei das zweite flanschenartige Gehäuse (11) einen federnden Stoßdämpfer (14) enthält und die beiden Gehäuse (7 und 11) mittels Stiftschrauben (17), die mit Scheiben (18) und Nachstellmuttern (Π) zentrierbar sind, zum Annähern der Ventilsitze (9 und 13) miteinander gekoppelt sind.

4. Anlage nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet daß die Vorrichtung zur kontinuierlichen Desintegration mehrere konstruktionsmäßig identische Desintegrationsbaugruppen enthält

5. Anlage nach jedem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das flanschenartige Gehäuse (11), das einen Stoßdämpfer (14) einschließt, mehrere konzentrische ringförmige Ansätze (15) des Ventilsitzes (13) und eine Bohrung (16) im zentralen Teil für die Abführung der desintegrierten Zellen aufweist und das andere flanschenartige Gehäuse (7) einen Ventilsitz (9) mit einer Vielzahl von radialen Kanälen (10) für die Zuführung von Suspension an die Zone zwischen den ringförmigen Ansätzen (15) enthält

6, Anlage nach jedem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Desintegrationsvorrichtung (5) einen mechanischen Schwingungsrüttler (8) einschließt, der mit einem der flanschenartigen Gehäuse (7 oder 11) verbunden ist