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BESCHREIBUNG :
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Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zur Kultivierung von
Mikroorganismen und betrifft eine Vorrichtung zum Züchten.
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von Mikroorganismen auf flüssigen Nährböden.
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Die Erfindung kann in der Mikrobiologie, in der Medizin, in der Nahrungsgüterindustriesowie
in sowie zu der wissenschaftlichen Forschungspraxis, vorwiegend zur Züchtung von
Myzelformen der Mikroorganismen, verwendet werden.
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Die Kultivierung von Mikroorganismen erfolgt gewöhnlich in Apparaten
mit Rührwerken, um eine homogene Vermischung des flüssigen Nährbodens im gesamten
Rauminhalt des jeweiligen Apparates zu gewährleisten. Bei der Züchtung von Mikroorganismen,
die fadenförmiges Myzel bilden, ist bei Verwendung der bekannten Vorrichtungen eine
gleichmäBige Verteilung der Mikroorganismen in der Vorrichtung nicht möglich, da
sich an den Wandungen und Oberflächen des Rührwerkes ein Bewuchs aus Myzelklumpen
bildet. Einzelne Myzelklumpen befinden sich im Nährboden und werden beim Vermischen
mechanisch zerstört.
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Die Nährbodenzufuhr zu dem Myzel unter den beschriebenen Bedingungen
und die Ableitung von anfallenden Produkten des Metabolismus sind schwierig. Ein
Teil des Myzel innerhalb der entstandenen Klumpen stirbt ab. Die Kultivierung der
Myzelformen der Mikroorganismen ist nicht steuerbar und die Durchführung einer kontinuierlichen
Kultivierung nicht möglich. Beim ZUchten von Myzelformen der Mikroorganismen erweist
sich somit eine gleichmäßige Verteilung der Mikroorganismen im gesamten Rauminhalt
des Jeweiligen Nährbodens als ungeeignet.
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Aus der SU-PS 579 302 ist eine Vorrichtung zur Kultivierung von Gewebezellen
in horizontaler Bauweise bekannt, die ein teilweise mit einem flüssigen Nährboden
aufzufüllendes Gehäuse mit einer darin eingebauten Welle einer Mischeinrichtung
mit daran befestigten Scheiben enthält, bekannt, die als Tragflächen für Gewebezellen
dienen.
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Diese Vorrichtung hat keine Regulierung der Stärke der Schicht der
an der Oberfläche der Scheiben anwachsenden Zellen. Diese Zellen füllen nach Ablauf
einer gewissen Zeit den ganzen Spalt zwischen den Scheiben aus, aus dem sie schwer
herauszuholen sind, da dafür die Vorrichtung demontiert werden muß.
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Der Zellenstoffaustausch mit dem Nährboden erfolgt durch das Benetzen
der Oberflächen der Scheiben bei ihrem kurzfristigen Eintauchen in das Medium, so
daß eine kontinuierliche DurchflußzufUhrung des Nährbodens zu den Zellen fehlt.
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Bekannt ist weiterhin eine Vorrichtung zum Züchten von Mikroorganismen
auf flüssigen Nährböden, die ein mit flüssigem Nährboden gefülltes Gehäuse mit einer
eingebauten Welle einerMischeinrichtung aufweist, die Rührwerke hat (US-PS 3801
468).
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In dieser Vorrichtung sind an der Innenwand Rippen vorgesehen, die
als Führungen für den Strom des flüssigen Nährbodens dienen.
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Beim Kultivieren von Mikroorganismen bilden die Mikroorganismen auf
den Innenteilen einen Bewuchs. Die Stärke ( sr Mikroorganismenschicht ist Jedoch
nicht gleichmäßig und nicht steuerbar. Die Zuführung von Stoffen zu dieser Schicht
ist schwierig. Innerhalb der Schicht ist das Absterben von Zellen möglich. Die Durchführung
einer kontinuierlichen steuerbaren Kultivierung ist unmöglich.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zum Züchten von Mikroorganismen auf flüssigen Nährböden zu schaffen, in der das
Wachstum der Mikroorganismen
mit konstanter Schichtstärke und streng
regelbar durchführbar ist, wobei die Geschwindigkeit des Wachstums der Mikroorganismen
sowie die Erzeugung von biologisch aktiven Substanzen durch die Mikroorganismen
bei einer kontinuierlichen Kultivierung der Mikroorganismen steuerbar sein soll.
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Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Vorrichtung zum Züchten von
Mikroorganismen auf flüssigen Nährboden mit einem Gehäuse für die Aufnahme des flüssigen
Nährbodens mit einer im Gehäuse eingebauten Welle einer Mischeinrichtung, die Rührwerke
aufweist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß innerhalb des Gehäuses zwei Gruppen
von Elementen vorgesehen sind, auf denen eine Schicht der zu züchtenden Mikroorganismen
gebildet wird, die die innere Oberfläche vergrößern und zueinander so angeordnet
sind, daß zwischen ihnen ein Spalt entsteht, wobei mindestens die eine Gruppe der
Elemente in Bezug auf die andere Gruppe der Elemente derart versetzbar angeordnet
ist, daß die Elemente dieser einen Gruppe bei ihrer Versetzung die Stärke der Schicht
der zu züchtenden Mikroorganismen in dem Spalt regulieren.
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Für die Ausbildung einer Mikroorganismenschicht bestimmter Stärke
ist es zweckmäßig, daß die eine Gruppe der Elemente aus Scheiben besteht, die an
der Welle der Mischeinrichtung montiert sind und gleichzeitig als ihre Rührwerke
dienen, und die andere Gruppe der Elemente aus ringförmigen Vorsprüngen besteht,
die an der Innenoberfläche des Gehäuses angeordnet sind und zwischen den Scheiben
liegen.
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Wegen einer besseren Zuführung des Nährbodens zu den Mikroorganismen
können die Welle der Mischeinrichtung, ihre Scheiben, die.Wandungen des Gehäuses
und seine ringförmigen Vorsprünge hohl ausgeführt werden und miteinander kommunizieren,
aus einem kapillarartigen porösen Stoff gefertigt und mit einem flüssigen Nährboden
gefüllt werden.
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Eine Gruppe der Elemente kann aus koaxial angeordneten Zylindern bestehen,
die an der Hauptwelle der Mischeinrichtung
befestigt sind und gle
chzeitig als Hauptrührwerke dienen, wahrend die andere Gruppe der Elemente ebenfalls
aus koaxial angeordneten Zylindern bestehen kann, die an einer Zusatzwelle der Mischeinrichtung
befestigt sind, die koaxial zur Hauptwelle in der Richtung drehbar angeordnet ist,
die zur Drehrichtung der Hauptwelle entgegengesetzt ist, die zwischen den Zylindern
sitzen, die an der Hauptwelle befestigt sind und die gleichzeitiz als Zusatzrührwerke
der Mischeinrichtung dienen.
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Zur Erzielung einer freien Zirkulation des Nährbodens sind die Zylinder
vorteilhafterweise netzförmig ausgeführt. Die Zylinder sind an der Haupt- und Zusatzwelle
der Mi scheinrichtung zweckmäßigerweise unter Zuhilfenahme individueller Scheiben
befestigt, in deren Körper Kanäle für die Zuführung des flüssigen Nährbodens in
den Hohlraum der Vorrichtung und für die Abführung des verbrauchten Nährbodens aus
dem Hohlraum ausgebildet, wobei die Hauptwelle hohl ausgeführt ist und mit den Kanälen
für die ZufUhrung des flüssigen Nährbodens kommuniziert.
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Die erfindungsgemaß'e Vorrichtung ermöglicht eine kontinuierliche
Kultivierung der Mikroorganismen unter kontrollierbaren Bedingungen, wozu auch Myzelformen
gehören, die bis jetzt lediglich im diskontinuierlichen Verfahren gezüchtet werden
konnten. Dadurch kann der Prozeß der Mikrobensynthese gesteuert werden, was bei
der Gewinnung von biologisch aktiven Substanzen besonders wichtig ist. Die Stabilisierung
der Bedingungen der Kultivierung von Nyzelformen der Mikr organismen resultiert
aus einer unmittelbaren Produktionssseigerung der Mikroorganismen. Die Vorrichtung
kann auch für die Immobilisierung von Mikroorganismenzellen bei der Arbeit mit unspezifischen
Substraten eingesetzt werden.
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Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.
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Es zeigt:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Vorrichtung
im Längsschnitt; Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung im Längsschnitt;
Fig. 3 die Einzelheit A von Fig. 2 und Fig. 4 den Schnitt IV-IV von Fig. 2.
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Die gezeigte, zum Züchten von Myzelformen der Mikroorganismen eingesetzte
Vorrichtung hat ein Gehäuse 1, das mit flüssigem Nährboden gefüllt wird und in dem
eine Welle 2 einer Mischeinrichtung 3 und zwei Gruppen von Elementen 4 und 5 zur
Ausbildung einer Schicht der zu züchtenden Myzelformen von Mikroorganismen angeordnet
sind.
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Die beiden Gruppen von Elementen 4 und 5 vergrößern die Innenoberfläche
der Vorrichtung und sind zueinander so angeordnet, daß zwischen ihnen ein Spalt
6 entsteht.
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Die Gruppe der Elemente 4 ist bezüglich der anderen Gruppe der Elemente
5 derart versetzbar, daß die Elemente 4 bei ihrer Versetzung die Stärke der Schicht
der zu züchtenden Mikroorganismen in dem Spalt 6 regulieren.
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Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform besteht die eine Gruppe
der Elemente 4 aus Scheiben 7, die an der Welle 2 der Mischeinrichtung 3 montiert
sind und gleichzeitig als ihre Rührwerke dienen. Die andere Gruppe der Elemente
5 besteht aus ringförmigen Vorsprüngen 8, die an der Oberfläche der Innenwand 9
des Gehäuses 1 angeordnet sind und zwischen den Scheiben 7 sitzen.
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Die Welle 2 der Mischeinrichtung 3, ihre Scheiben 7, die Wandungen
9 des Gehäuses 1 und die ringförmigen Vorsprünge 8 sind hohl ausgeführt und kommunizieren
miteinander. Sie sind mit Ausnahme der Außenwandung 9 aus einem kapillarartigen
porösen Stoff hergestellt und mit flüssigem Nährboden gefüllt.
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Als kapillarartiger poröser Stoff wird gepreßter Glasfeinsplitt verwendet.
Es kann auch gepreßter Metallschrott eingesetzt werden.
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Die Vorrichtung hat eine wärmeregulierende Ummantelung 10, die das
Gehäuse 1 umschließt, und Rohrstutzen 11 und 12 zum Eintritt eines Kühlmittels in
Richtung des Pfeiles B und zum Austritt des Kühlmittels in Richtung des Pfeiles
C.
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Die Welle 2 der Miheinrichtung 3 sitzt in einem Kugellager 13, das
in einer Buchse 14 angeordnet ist, die am Boden 15 des Gehäuses 1 befestigt ist.
Am Deckel 16 des Gehäuses 1 ist die Welle 2 mittels eines Rings 17 gehalten und
mit der Abtriebswelle einer Antriebsmaschine 18 der Mischeinrichtung 3 über eine
Verbindungsmuffe 19 gekoppelt. Die Antriebsmaschine 18 ist mit einem Steuerungsblock
20 verbunden.
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In die Außenwandung 9 ist ein Rohrstutzen 21 für die Zuführung des
flüssigen Nährbodens in Richtung des Pfeiles D aus einer Dosiereinrichtung 22 in
den Hohlraum 23 der Vorsprünge 8, in den Hohlraum 24 zwischen den Außen- und Innenwandungen
9 des Gehäuses 1 und weiter durch ihren kapillarartigen porösen Stoff in den Spalt
6 zwischen den Scheiben 7 und den Vorsprüngen 8 eingebaut.
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In den Deckel 16 ist ein Rohrstutzen 25 für die Zuführung des flüssigen
Nährbodens in Richtung des Pfeils E aus einer Dosierungseinrichtung 26 durch einen
Kanal 27, der im Deckel 16 ausgebildet ist, in den Hohlraum 28 der Welle 2 und weiter
durch den kapillarartigen porösen Stoff in den Spalt 6 zwischen den Scheiben 7 und
den Vorsprünger 8 eingesetzt.
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Im Boden 15 sind zwei Rohrstutzen 29 zum Ablassen des verbrauchten
Nährbodens in Richtung der Pfeile F vorgesehen.
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In der Außenwandung 9 und im Deckel 16 sind Rohrstutzen 30 und 31
für die Zuführung von Luft in Richtung des Pfeils C und für die Abführung von Tuft
in Richtung des Pfeils H aus der Vorrichtung eingebaut. Die aus dem Rohrstutzen
31 ausströmende Luft tritt durch ein Filter 32 in das Außenmedium
aus.
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An der Außenseite des Bodens 15 sind Sttitzhebel 33 und 34 aufgestellt.
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Die beschriebene Vorrichtung eignet sich besonders zum Züchten von
Pilzformen der Mikroorganismen für die Herstellung von Antibiotika.
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Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform eignet sich besonders zum Züchten
einer Monozellenschicht der Mikroorganismen.
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Bei der Vorrichtung sind wieder zwei Gruppen von Elementen 4 und 5
vorgesehen, die zueinander derart versetzbar sind, daß die Elemente 4 und 5 bei
ihrer Bewegung die Stärke der Schicht der zu züchtenden Mikroorganismen im Spalt
6 regulieren. Die eine Gruppe der Elemente 4 besteht aus koaxial angeordneten Zylindern
35, die an der Welle 2 der Mischeinrichtung 3 befestigt sind und gleichzeitig als
ihre Rührwerke dienen. Die andere Gruppe der Elemente 5 besteht ebenfalls aus koaxial
angeordneten Zylindern 36, die an einer weiteren Welle 37 der Mischeinrichtung 3
befestigt sind. Die Welle 37 ist koaxial zur Welle 2 angeordnet und zur Drehrichtung
der Welle 2 entgegengesetzt drehbar. Die zwischen den Zylindern 35 angeordneten
Zylinder 36 dienen gleichzeitig als weitere Rührwerke der Mischeinrichtung 3.
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Die Zylinder 35 und 36 sind netzförmig ausgeführt.
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Die Befestigung der Zylinder 35 an der Welle 2, die hohl ausgeführt
wird, erfolgt unter Zuhilfenahme einer gesonderten Scheibe 38, in deren Körper Kanäle
39 (Fig. 3) für die Zuführung des flüssigen Nährbodens in den Hohlraum der Vorrichtung
ausgeführt sind, die mit dem Hohlraum 28 (Fig. 2) der Welle 2 und durch die Bohrungen
40, die in der Scheibe 38 ausgeführt werden, mit dem Hohlraum der Vorrichtung kommunizieren.
Die Scheibe 38 (Fig. 3) ist aus Ringen 41 zusammengesetzt. Der Hohlraum 28 (Fig.
2) der Welle 2 kommuniziert mit der Dosierungseinrichtung 26.
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Die Befestigung der Zylinder 36 an der Welle 37 der Mischeinrichtung
3 erfolgt unter Zuhilfenahme einer gesonderten
Scheibe 42, in deren
Körper Kanäle 43 (Fig. 4) für die Ableitung des verbrauchten Nährbodens durch die
in der Scheibe 42 ausgeführten Bohrungen 44 aus dem Hohlraum der Vorrichtung ausgebildetRsind.
Die Scheibe 42 ist aus Ringen 45 zusammengesetzt.
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Der verbrauchte Nährboden tritt aus dem Hohlraum der Vorrichtung in
den Kanal 46 (Fig. 2) ein, der am Deckel 16 des Gehäuses 1 ausgebildet ist, und
weiter in ein AuSnahmegefäß 47.
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An der Welle 37 ist ein Dichtungsring 48 vorgesehen, der am Deckel
16 befestigt wird.
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Am Deckel 16 ist ein Antrieb 49 zur Drehung der Wellen 2 und 37 montiert,
der ein Gehäuse 50 mit einem Deckel 51 sowie ein Getriebe 52 aufweist, das am Deckel
51 befestigt und mittels Zahnradübersetzungen 53 und 54 mit den Wellen 2 bzw.
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37 kinematisch gekoppelt ist.
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Die Abdichtung der Welle 2 erfolgt durch eine Dichtung 55.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Züchten von Mikroorganismen auf
flüssigen Nährboden arbeitet folgendermaßen: Durch die Rohrstutzen 21 (Fig. 1) und
25 wird das Gehäuse 1 mit flüssigem Nährboden gefüllt. Durch den Rohrstutzen 25
werden Ausgangszellen der Mikroorganismen eingebracht. Die Vorrichtung wird bei
einer vorgegebenen Temperatur thermostatisiert. Der Nährboden mit den Mikroorganismenzellen
wird durch Drehen der Welle 2 vermischt, die die Scheiben 7 trägt.
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Der Nährboden wird mit der durch den Rohrstutzen 3r in die Hohlräume
23 und 24 einzuführenden Luft belüftet0 Die Luft und der flüssige Nährboden werden
durch die innere Wandung 9 und die Vorsprünge 8 sowie über die Welle 2-und die Scheiben
7 in den Spalt 6 gedrückt.
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Je nach dem Wachstum hafen die Mikroorganismen an der Oberfläche der
inneren Wandung 9 des Gehäuses 1 und der Vorsprünge 8 sowie an der Oberfläche der
Welle 2 und der Scheiben 7.
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Die Stärke der Schicht der wachsenden Mikroorganismen wird durch die
Ausmaße des Spaltes 6 zwischen den Vorsprüngen 8 der inneren Wandung 9 und den Scheiben
7 der Welle 2 der Mischeinrichtung 3 bestimmt. Die wachsende überflüssige Masse
der Mikroorganismen wird bei Drehen der Scheiben 7 mechanisch abgetrennt und aus
der Vorrichtung mit dem Strom des verbrauchten Nährbodens durch den Rohrstutzen
29 entfernt. Die verbrauchte Luft wird durch den Rohrstutzen 31 und das Filter 32
abgeführt.
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Die Zuführung des frischen Nährbodens erfolgt durch die Dosierungseinrichtungen
22 und 26 ber die Rohrstutzen 21 und 25.
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Das Wachstum der Mikroorganismen erfolgt auf der stark vergrößerten
inneren Oberfläche der Vorrichtung. Ein Absterben der Schicht der Mikroorganismen
tritt infolge der kontinuierlichen Zuführung des frischen Nährbodens und der Luft
nicht ein. Während ihres Betriebes ist die Vorrichtung vollstandig mit dem Nährboden
gefüllt.
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Die Funktionsweise der Vorrichtung von Fig. 2 entspricht der von Fig.
1, jedoch mit folgendem Unterschied: Das Gehäuse 1 wird mit dem Nährboden durch
die Dosierungseinrichtung 26 (Fig. 2), durch den Hohlraum 28 der Welle 2 und die
Kanäle 39 (Fig. 3) der Scheibe 38 gefüllt. Der flüssige Nährboden tritt in den Hohlraum
der Vorrichtung durch die Bohrungen 40 der Scheiben 38 ein. Die Luft zum Belüften
wird auf die gleiche Weise zugeführt.
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In die Vorrichtung werden Mikroorganismenzellen und der Nährboden
eingebracht und mittels Gegendrehung der Wellen 2 (Fig. 2) und 37, die die netzförmigen
Zylinder 35 und 36 tragen, vermischt. Die Mikroorganismen bilden eine Schicht an
der netzförmigen Oberfläche der Zylinder 35 und 36. Die Stärke der Schicht der Mikroorganismen
ist durch die Größe des Spaltes 6 zwischen den genannten Zylindern festgelegt.
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Die überflüssige messe der Mikroorganismen wird bei der Drehung der
Zylinder 35 und 36 mechanisch abgetrennt und
mit dem Strom des
verlrauchten Nährbodens durch die Kanäle 43 (Fig. 4) und die Bohrungen 44 der Scheibe
42 sowie durch den Kanal 46 (Fig. 2) in das Aufnahmegefäß 47 abgeführt. Die verbrauchte
Luft wird auf die gleiche Weise abgeführt.
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Die Mikroorganismen wachsen an der gesamten Oberfläche der netzförmigen
Zylinder 35 und 36. Die Vorrichtung ist beim Züchten der Mikroorganismen vollständig
mit dem Nährboden gefüllt.
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