DE3535050C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft das in den Ansprüchen 1 bis 3 angegebene Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Äthanol aus zuckerhaltigen Substraten durch Vergären der Zucker mittels eines flockulierenden Stammes von Zymomonas mobilis unter anearoben Bedingungen und bei einem pH-Wert von 4,5 bis 7.

Ein Verfahren dieser Art ist aus der US-A-44 13 058 bekannt. Dabei gelangt ein schräggestellter Rohrreaktor zum Einsatz, an dessen unterem Ende das zuckerhaltige Substrat zugeführt und im Bereich von dessen oberem Ende das vergorene, äthanolhaltige Substrat abgezogen wird. Die Durchströmungsgeschwindigkeit wird so eingestellt, daß die Umwandlung von Zucker zu Äthanol gewährleistet ist, die eingesetzte Kultur eines flockulierenden Stammes von Zymomonas mobilis jedoch keinesfalls aus dem Reaktor ausgetragen wird. Der Rohrreaktor ist nahezu über seine ganze Länge mit einer Reihe von CO₂-Ableitungsöffnungen versehen, von denen jeweils Leitungen wegführen. Die freien Enden dieser Leitungen münden etwa in Höhe des oberen Endes des Rohrreaktors oder geringfügig darüber in die umgebende Luft. Die Mündungen der Leitungen sind beispielsweise mit Wattebäuschchen verschlossen.

Da die Mikroorganismenkultur nicht ausgetragen werden darf, muß die Substrat-Durchsatzrate bei dem bekannten Verfahren sehr sorgfältig überwacht werden.

Die Konstruktion des eingesetzten Rohrreaktors ist derart aufwendig, daß eine Übertragung auf technischen Maßstab gar nicht oder nur sehr schwer möglich ist. Darüber hinaus müßten bestehende Anlagen mit üblichen Fermentoren vollständig ersetzt werden, wodurch besonders hohe Investitionskosten entstehen.

Auch nach der DE-A-31 48 329 wird ein flockulierender Stamm von Zymomonas mobilis zur Herstellung von Äthanol aus einem Kohlenhydratsubstrat verwendet. Das beschriebene Verfahren ist jedoch nur halbkontinuierlich. Zunächst wird dabei ein beimpftes Fermentationsmedium in einem Fermentor geschüttelt. Nach Beendigung der Kohlendioxidentwicklung werden die Bakterienzellkolonien absetzen gelassen, der äthanolhaltige Überstand wird abgezogen und durch frisches Fermentationsmedium ersetzt.

Ein zweistufiges Fermentierverfahren zur Herstellung von Äthanol unter Verwendung von Zymomonas mobilis-Stämmen ist weiter in der EB-B-00 47 641 beschrieben, wobei in der ersten Stufe eine Bakterienzellsuspension erzeugt und in der zweiten Stufe durch Zugabe fermentierbaren Zuckers zu dieser Suspension Äthanol hergestellt wird. In der zweiten Stufe soll nur geringfügige Bakterienzellenvermehrung stattfinden. Flockulierende Zymomonas mobilis-Stämme werden nicht in Betracht gezogen, weswegen eine Abtrennung der eingesetzten Bakterienkulturen vom Fermentationsmedium durch Sedimentation in der industriellen Praxis nicht möglich ist, sondern energie- und zeitraubende Zentrifugations- oder Filtrationsmethoden zu diesem Zweck eingesetzt werden müssen.

Aus "Die Branntweinwirtschaft", 1. Septemberheft 1982, Seite 277, linke Spalte, ist es bekannt, bei der Herstellung von Äthanol einen bestimmten Stamm der Art Zymomonas mobilis einzusetzen und nach der beendeten Fermentation die mit der Flüssigkeit austretende Bakterienkultur in einem Absetzbehälter abzutrennen und dem Fermenter erneut zuzuführen.

Ein gemeinsamer gravierender Nachteil aller angeführten, bekannten Verfahren besteht in der absoluten Notwendigkeit, sterilisierte Substrate einzusetzen. Der mit einer sterilen Gärführung verbundene Aufwand setzt die Wirtschaftlichkeit eines solchen Verfahrens sehr stark herab, eine Tatsache, welche auch in dem Artikel "Ethanol production by Zymomonas and Saccharomyces, Advantages and Dis­ advantages" in Eur. Journ. of Applied Microbiology and Biotechnology 18, 1983 Seiten 387-391 klar zum Ausdruck kommt.

Würde man nämlich nach den bekannten Verfahren ohne Steri­ lisierung arbeiten, bestünde die große Gefahr einer Infek­ tion, insbesondere durch Milchsäurebakterien oder durch die - ähnlich wie Zymomonas mobilis - noch dazu bis zu Konzentrationen von etwa 15 Vol.% äthanoltoleranten Hefen.

Zymomonas mobilis weist die zwei- bis dreifache spezifi­ sche Äthanol-Produktionsrate von Hefe bei gleichzeitig höheren Ausbeuten auf und benötigt überdies keinen Sauer­ stoff für sein Wachstum, wohingegen Hefe zur ausreichenden Erzeugung von Biomasse wenigstens geringfügig belüftet werden muß.

Um diese attraktiven Vorteile von Zymomonas mobilis auch für die industrielle Erzeugung von Äthanol nutzen zu kön­ nen, stellt sich die Erfindung die Aufgabe, die aufgezeig­ ten Nachteile und Schwierigkeiten der bekannten Verfahren zu überwinden und ein betriebssicheres Verfahren zu schaf­ fen, welches ohne Sterilisation der Substrate auskommt und für dessen Durchführung auch bestehende Gäranlagen nach lediglich geringfügiger Adaption bestens geeignet sind.

Die gestellte Aufgabe wird bei einem Verfahren der ein­ gangs definierten Art erfindungsgemäß gemäß Anspruch 1 durch die Kombina­ tion der folgenden Maßnahmen gelöst:

• - daß das Substrat ohne vorherige Sterilisation gemeinsam mit den Zymomonas mobilis-Zellen durch wenigstens drei Gärungsstufen geführt wird,
• - daß in jeder Gärungsstufe eine Konzentration von zumindest 4 Vol.% Ethanol aufrecht erhalten wird,
• - daß die Verweilzeit des aus dem Substrat und den Zymomonas mobilis-Zellen bestehenden Gärmediums im Gesamtsystem auf höchstens 3 1/3 h, vorzugsweise auf 0,8 bis 2,5 h, eingestellt wird oder daß die Verdünnungsrate des Gärmediums im Gesamtsystem auf mindestens 0,3 h^-1, vorzugsweise auf 0,4 bis 1,25 h^-1, eingestellt wird, und
• - daß nach der letzten Gärungsstufe in an sich bekannter Weise die Zymomonas mobilis-Zellen durch Sedimentation abgeschieden und in die erste Gärungsstufe rückgeführt werden und das von den Zymomonas mobilis-Zellen abgetrennte ethanolhaltige Substrat abgezogen wird.

Für die einzelnen Gärungsstufen sind hintereinander ge­ schaltete Fermentoren, vorzugsweise drei bis sechs Fermen­ toren, vorgesehen. Auf diese Weise können die Alkohol- bzw. Substratkonzentrationen für die einzelnen Stufen individuell eingestellt werden. Auch die Temperatur in jeder Stufe ist gesondert regelbar. Das zuckerhaltige Substrat durchfließt kontinuierlich alle Gärungsstufen, wobei die Zucker nach und nach vergoren werden. Zusätzli­ ches Substrat und ein Agens zur Regelung des pH-Wertes, beispielsweise Lauge, können notwendigenfalls in jeden Fermentor bzw. jede Gärungsstufe gesondert zudosiert wer­ den, so daß durch genaue Abstimmung des Verhältnisses von Mikroorganismenpopulation zur Alkohol- und Zuckerkonzen­ tration in jeder Stufe maximale Produktivität erreicht wird. In allen Fermentoren kann zu diesem Zweck ein be­ stimmter Substratüberschuß eingehalten werden. Gerade dies ist bei einstufiger Gärführung nicht möglich, weil man dabei - um Verluste zu vermeiden - die im Substrat enthal­ tenen Zucker möglichst weitgehend vergären muß.

Die Substrate werden zweckmäßig mit hohem Zuckergehalt zugeführt, was den Vorteil bietet, daß diese über längere Zeiträume lagerfähig sind, ohne einen mikrobiellen Befall befürchten zu müssen. Wässeriges Verdünnungsmedium wird nur in der ersten Gärungsstufe zugesetzt. Eine resultie­ rende Zuckerkonzentration des Substrates von etwa 15% hat sich als besonders günstig erwiesen.

Zymomonas mobilis kann Zucker wie Glucose, Fructose und Saccharose vergären, welche beispielsweise in Melasse, Stärke- und Zellulosehydrolysaten enthalten sind.

Im Substrat sind weiters Nährsalze, wie Ammoniumsulfat, sowie Vitamine in bekannter Art und Menge enthalten. Als weiterer positiver Nebeneffekt des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens hat sich herausgestellt, daß sich der übliche Zusatz von sehr teurem Hefeextrakt dabei weitestgehend erübrigt und stattdessen Maisquellwasser eingesetzt werden kann.

Zymomonas mobilis findet bei pH-Werten zwischen 4,5 und 7 die besten Wachstumsbedingungen vor (vgl. "Ethanol produc­ tion by Zymomonas mobilis" in Advances in Biochemical Engineering, Vol. 23, Seite 37).

Unter einem pH-Wert von 4 tritt bereits deutliche Wachs­ tumshemmung ein und bei einem pH-Wert von etwa 3 stellt das Bakterium die Vermehrung ganz ein. Der günstigste pH- Wert-Bereich für eine Gärung mit Zymomonas mobilis liegt daher zwischen 4,5 und 6,0; ein pH-Wert von etwa 5,0 ist optimal. In einem solchen leicht sauren Milieu finden praktisch nur Milchsäurebakterien und Hefen günstige Le­ bensbedingungen vor. Eine Infektion durch andere Mikroor­ ganismen ist - wenn pH-Werte von 7 oder knapp darunter vermieden werden - sehr wenig wahrscheinlich. Milchsäure­ bakterien werden aber, obwohl heterofermentative Arten selbst Äthanol als Stoffwechselprodukt ausscheiden, schon ab einer Äthanolkonzentration von etwa 4 Vol.% deutlich geschädigt.

Hefen vermehren sich am besten bei pH-Werten von 4 bis 6, hinsichtlich ihrer Äthanoltoleranz und Temperaturempfind­ lichkeit verhalten sie sich nahezu gleich wie Zymomonas mobilis.

Zymomonas ist jedoch streng anaerob und wird durch Sauer­ stoff geschädigt. Hefe kann zwar auch völlig ohne Sauer­ stoff wachsen und gären, verträgt aber andererseits Sauer­ stoff und wird durch ihn zu vermehrter Zellbildung ange­ regt. Ganz deutlich ist dies aus den spezifischen Wachs­ tumsraten von aerob bzw. anaerob gezüchteten Hefen erkenn­ bar. Hat eine ohne Sauerstoff gezüchtete Hefe vom Typ Saccharomyces eine spezifische Wachstumsrate von etwa 0,15 h^-1, so hat dieselbe Hefe unter Belüftung eine Wachstumsrate von 0,25 h^-1, wächst also fast doppelt so schnell. Zymomonas mobilis wächst anaerob etwa so schnell wie eine belüftete Hefe, bei längerem Sauerstoffzutritt stirbt das Bakterium sogar ab.

Um die unter strikt anaeroben Bedingungen geringere Wachs­ tumsrate von Hefen gegenüber Zymomonas mobilis zur Infek­ tionsvermeidung auszunützen, ist als ein weiteres erfin­ dungsgemäßes Kombinationsmerkmal die Einstellung einer geringen Verweilzeit bzw. einer hohen Verdünnungsrate des Gärmediums im Gesamtsystem der Gärungsstufen bzw. Fermen­ toren vorgesehen. Infolge der hohen Durchflußraten wird ein Aufkommen von Hefen gleichsam durch Ausspülen der infizierenden Zellen verhindert. Beispielsweise ist die Durchflußrate bei einer Verweilzeit von 2 h im Gesamtsy­ stem für das Aufkommen von Hefe schon mehr als dreimal zu hoch. Darüber hinaus wird durch diese Maßnahme eine beson­ ders hohe Äthanol-Produktion erzielt.

Ein Teil der Zymomonas mobilis-Flocken verbleibt - auch wenn das Gesamtsystem den Gleichgewichtszustand mit gleichbleibender kontinuierlicher Durchströmung erreicht hat - in den einzelnen Gärungsstufen. Ein geringerer, von der eingehaltenen Verweilzeit abhängender Teil der Flocken wird aus den Stufen ausgetragen und in die jeweils nächste Stufe übergeführt. Nach der letzten Gärungsstufe werden die vom Substrat mitgeführten Flocken abgeschieden, wobei die Abtrennung vom Substrat auf einfachste Weise durch Sedimentation erfolgt. Bei dieser durch Verwendung flocku­ lierender Zymomonas mobilis-Stämme ermöglichten Separation wird ein Großteil eventuell im Gärmedium enthaltener Fremd-Mikroorganismen mit dem überstehenden äthanolhalti­ gen Substrat aus dem System entfernt, wohingegen bei einer Abtrennung mittels Zentrifugieren oder Filtrieren sämtli­ che Fremdorganismen gemeinsam mit Zymomonas mobilis rück­ geführt würden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsge­ mäßen Verfahrens wird wenigstens ein Teil des in den einzelnen Gärungsstufen gebildeten CO₂ in jeder Stufe im Kreislauf geführt.

Dabei wird das CO₂ vom Gasraum der Fermentoren abgezogen und vorzugsweise fein verteilt von unten her wieder in die Fermentoren eingeleitet, in denen das Gas durch das Gärme­ dium strömt und dort für eine gleichmäßige Verteilung der Zymomonas mobilis-Flocken sorgt. Außerdem werden auf diese Weise eventuelle Ablagerungen im Bodenbereich der Fermen­ toren verhindert.

Um eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Flocken im gesamten Fermentationsraum zu gewährleisten, hat es sich auch als günstig erwiesen, das Gärmedium jeweils vom Boden der einzelnen Fermentoren abzuziehen und dem Kopf des nächsten Fermentors zuzuführen.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens besteht darin, daß zumindest ein Teil der nach Gewinnung des Äthanols aus dem abgezogenen äthanol­ haltigen Substrat verbleibenden Schlempe in die erste Gärungsstufe rückgeführt wird.

Die Gewinnung des Äthanols erfolgt beispielsweise durch Rektifikation des abgezogenen vergorenen Substrates, des­ sen Äthanolgehalt in den meisten Fällen etwa 9 bis 10 Vol.% beträgt. Die verbleibende, infolge der bei der Rektifikation erfolgten Erhitzung nahezu sterile Schlempe enthält noch Nährstoffreste, welche bei Rückführung der Schlempe von den Mikroorganismen verwertet werden können.

Außerdem wird auf diese Weise der Frischwasserbedarf ge­ senkt. Die Rückführung ist allerdings dadurch begrenzt, daß der Gehalt des Substrates an in der Schlempe mitge­ führten unverwertbaren Stoffen nicht zu hoch ansteigen darf.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der folgenden Beispiele und der Zeichnung noch näher erläutert.

Beispiel

Der Gärprozeß wurde dreistufig in einer durch die Zeich­ nung schematisch veranschaulichten Anlage durchgeführt.

Drei hintereinander geschaltete, geschlossene, im wesent­ lichen zylindrische Fermentoren sind in der Zeichnung mit 1a, 1b und 1c bezeichnet. Knapp über dem Boden der Fermen­ toren ist jeweils ein Gasverteilungsorgan, beispielsweise eine Glasfritte 2a, 2b und 2c eingebaut. An den dritten Fermentor 1c schließt sich ein Absetzbehälter 3 von glei­ cher Bauart wie die Fermentoren, jedoch mit nach unten kegelförmig zulaufendem Bodenteil, an.

Über die Leitung 4 kann den Fermentoren 1a, 1b und 1c konzentriertes zuckerhaltiges Substrat zugeführt werden, wobei in den Zweigleitungen jeweils Absperrorgane 5a, 5b und 5c vorgesehen sind. Weiters ist eine Laugenleitung 6 vorgesehen, von der gleichfalls Zweigleitungen zu den Fermentoren 1a, 1b und 1c führen.

In jeder dieser Zweigleitungen befindet sich ein Zufluß­ regler 7a, 7b und 7c. Als Zuflußregler eignen sich bei­ spielsweise Magnetventile, welche von nicht dargestellten pH-Meßsonden in den Fermentoren gesteuert sein können. Der erste der hintereinander geschalteten Fermentoren 1a weist zusätzlich noch eine Zuleitung 8 für Frischwasser oder rückgeführte Schlempe auf. Vom Gasraum jedes der Fermento­ ren 1a, 1b und 1c führt eine Gasleitung über Verdichter 9a, 9b und 9c zu dem Gasverteilungsorgan 2a, 2b bzw. 2c im Bodenteil des jeweiligen Fermentors.

Zur Abführung überschüssiger Gasmengen ist im Kopfteil jedes Fermentors 1a bis 1c und des Absetzbehälters 3 auch eine mit Absperrorganen 10a, 10b, 10c und 10d ausgestat­ tete Gasableitung installiert. Die sich im konisch ausge­ bildeten Bodenteil des Absetzbehälters 3 ansammelnde Bio­ masse wird mittels einer Pumpe 11 über die Dickstofflei­ tung 12 wieder zum Kopfteil des ersten Fermentors 1a rückgeführt. Das Gärmedium wird jeweils vom Bodenteil der Fermentoren 1a und 1b abgeführt, durch die Leitungen 13 und 13′ dem Kopfteil des nächsten Fermentors 1b bzw. 1c und vom Bodenteil des Fermentors 1c durch die Leitung 13′′ dem Kopfteil des Absetzbehälters 3 zugeführt. Aus dem Absetzbehälter 3 wird das äthanolhaltige Substrat durch die Überlaufleitung 14 abgezogen. Alle Fermentoren und der Absetzbehälter können zwecks Thermostatisierung mit einem nicht dargestellten Doppelmantel, durch welchen ein Wärme­ übertragungsmedium strömt, ausgerüstet sein.

Die Fermentoren und der Absetzbehälter der verwendeten Anlage wiesen einen Innendurchmesser von etwa 12 cm und eine Höhe von ca. 55 cm auf, ihr Füllvolumen betrug je­ weils 5 l. Als Gasverteilungsorgan war knapp über dem Boden der Fermentoren eine Glasfritte eingebaut, sämtliche Fermentoren sowie der Absetzbehälter waren mit einem Dop­ pelmantel versehen.

Zu Beginn des Fermentationsprozesses wurde in allen Fer­ mentoren und im Absetzbehälter ein nährstoff- und vitamin­ haltiges Substrat mit 15% Zucker vorgelegt, wobei mit gleichem Erfolg Glucose, invertierte Saccharose oder ein Stärkehydrolysat zur Bereitung des Substrates eingesetzt wurden. Die in den Behältern enthaltene Luft wurde durch Spülung mit CO₂ oder Stickstoff verdrängt und das Ge­ samtsystem wurde mit etwa 70 g Zymomonas mobilis-Flocken beimpft. Diese Bakterienkultur war in einer Vorfermen­ tation gezüchtet worden, da es erfahrungsgemäß einige Tage dauert, bis nach einer Beimpfung des Substrates mit einem flockulierenden Stamm von Zymomonas mobilis die Flocken auch tatsächlich gebildet werden.

Nach der Beimpfung wurde das System sechs Stunden lang ohne Zulauf belassen, bis intensive Gasentwicklung ein­ setzte und die Äthanolkonzentration in jedem Fermentor etwa 4 Vol.% erreicht hatte. Das in den Gärungsstufen gebildete CO₂ wurde über die Verdichter 9a, 9b und 9c in jeder Stufe bzw. in jedem Fermentor im Kreislauf geführt.

Sodann wurde mit dem Zulauf von konzentriertem Substrat und Verdünnungsflüssigkeit begonnen. Die Anfangseinstel­ lungen waren 150 ml Substrat mit 60% Zucker/h und 750 ml Frischwasser/h in den ersten Fermentor 1a sowie 100 ml Substrat mit 60% Zucker/h in den zweiten Fermentor 1b, so daß als Resultat eine Zuckerkonzentration von 15% bei einem Gesamtdurchfluß von 1 l/h eingestellt wurde. Obwohl das Substrat ursprünglich auf den pH-Wert von 5,0 einge­ stellt war, mußte zur Aufrechterhaltung dieses pH-Wertes laufend Lauge zugesetzt werden, weil als Folge der Auf­ nahme von NH₄⊕ aus dem im Substrat enthaltenen Ammonium­ sulfat durch den Organimus eine Säuerung des Gärmediums stattfand.

Durch intensive Rückführung der sich im Bodenteil des Absetzbehälters 3 ansammelnden Bakterienflocken wurde die Biomassekonzentration laufend erhöht, so daß sie schließ­ lich im Gleichgewicht zwischen 20 und 25 g Trockensub­ stanz/l lag. Bedingt durch die hohe spezifische Produkti­ vität von Zymomonas mobilis konnte daraufhin die Gesamtzu­ laufmenge von 1 l/h auf 6 l/h erhöht werden, ohne daß im Gärmedium unvergorener Zucker nach dem dritten Fermentor 1c festgestellt wurde. Im vergorenen Substrat aus der Überlaufleitung 14 wurden 9,0 bis 9,2 Vol.% Äthanol gemes­ sen, was einer Ausbeute von 93 bis 95% d.Th. entspricht.

Bei einem Zulauf von 6 l/h und einem effektiven Gärvolumen von 15 l (3×5 l; Verweilzeit im Gesamtsystem dementspre­ chend 2,5 h) ergibt sich daher eine volumetrische Produk­ tivität von ca. 36 l Äthanol/m³/h.

Sogar noch höhere Produktivitäten sind mit der beschriebe­ nen Anlage erreichbar. Berücksichtigt man jedoch indu­ strielle Größenordnungen, so stellt die Abführung der entwickelten Fermentationswärme aus den entsprechend größeren Behältern bei noch höherem Durchsatz bereits ein schwer lösbares Problem dar.

Die Gärung wurde in der beschriebenen Versuchsanlage drei Wochen lang kontinuierlich geführt. Es traten keine Infek­ tionsprobleme auf, obwohl weder das Substratkonzentrat noch die Verdünnungsflüssigkeit sterilisiert worden waren.

Vergleichsbeispiel 1

Das System wurde, wie unter dem voranstehenden Beispiel beschrieben, hochgefahren und sodann bei einem Gesamtzu­ lauf von 6 l/h die pH-Regelung ausgeschaltet. Durch die erwähnte Säuerung infolge NH₄⊕-Aufnahme von Zymomonas mobilis sank der pH-Wert des Gärmediums allmählich ab und erreichte schließlich einen Wert von 2,8. Als erste Reak­ tion des Systems trat unvergorener Zucker im Überlauf 14 auf, so daß die Durchflußrate zurückgenommen werden mußte. Nach ca. 30 h konnten die ersten Hefezellen im Mikroskop festgestellt werden, welche sich laufend vermehrten und schließlich auch in den Bakterienflocken zu finden waren. Nachdem die Durchflußrate auf nur mehr 0,6 l/h vermindert werden mußte, wurde die Fermentation abgebrochen.

Vergleichsbeispiel 2

Das System wurde wieder wie beschrieben auf optimale Lei­ stung hochgefahren und anschließend anstelle des gebilde­ ten CO₂ Luft über die Fritten 2a, 2b und 2c eingeblasen. Als erste Auswirkung wurde festgestellt, daß die Ausbeute an Äthanol deutlich unter 90% sank, wahrscheinlich wegen vermehrter Bildung von Nebenprodukten, wie Essigsäure oder Acetaldehyd. In weiterer Folge mußte auch die Durchfluß­ rate zurückgenommen werden, was schließlich wieder zur Folge hatte, daß - überdies begünstigt durch die Sauer­ stoffzufuhr - Hefezellen im Gärmedium aufkamen.

Anders als gemäß dem Vergleichsbeispiel 1 konnte der opti­ male Betriebszustand des Systems wieder hergestellt wer­ den, indem die Luftzufuhr abgestellt und wieder mit CO₂ begast wurde. Dies war deshalb möglich, weil im Gegensatz zur Verfahrensführung nach Vergleichsbeispiel 1 das Bakte­ rium Zymomonas mobilis nicht dauerhaft geschädigt wurde, sondern nur ungünstigeren Bedingungen ausgesetzt war. Nach Abstellen der Luftzufuhr verbesserte sich zunächst wieder die Ausbeute, die Durchflußrate konnte erhöht werden und nach ca. 40 h war alle Hefe wieder aus dem System ausge­ spült.

Claims (3)

1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Ethanol aus zuckerhaltigen Substraten durch Vergären der Zucker mittels eines flockulierenden Stammes von Zymomonas mobilis unter anaeroben Bedingungen und bei einem pH-Wert von 4,5 bis 7, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Maßnahmen:

• - daß das Substrat ohne vorherige Sterilisation gemeinsam mit den Zymomonas mobilis-Zellen durch wenigstens drei Gärungsstufen geführt wird,
• - daß in jeder Gärungsstufe eine Konzentration von zumindest 4 Vol.-% Ethanol aufrecht erhalten wird,
• - daß die Verweilzeit des aus dem Substrat und den Zymomonas mobilis-Zellen bestehenden Gärmediums im Gesamtsystem auf höchstens 3 1/3 h, vorzugsweise auf 0,8 bis 2,5 h, eingestellt wird oder daß die Verdünnungsrate des Gärmediums im Gesamtsystem auf mindestens 0,3 h^-1, vorzugsweise auf 0,4 bis 1,25 h^-1, eingestellt wird, und
• - daß nach der letzten Gärungsstufe in an sich bekannter Weise die Zymomonas mobilis-Zellen durch Sedimentation abgeschieden und in die erste Gärungsstufe rückgeführt werden und das von den Zymomonas mobilis-Zellen abgetrennte ethanolhaltige Substrat abgezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des in den einzelnen Gärungsstufen gebildeten CO₂ in jeder Stufe im Kreislauf geführt wird.

3. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der nach Gewinnung des Äthanols aus dem abgezogenen äthanolhal­ tigen Substrat verbleibenden Schlempe in die erste Gärungsstufe rückgeführt wird.