DE3812440C2

DE3812440C2 -

Info

Publication number: DE3812440C2
Application number: DE19883812440
Authority: DE
Inventors: Werner Prof. Dr. Bauer; Johannes Joachim Dipl.-Ing. 8000 Muenchen De Baensch; Dirk Dipl.-Ing. 8051 Langenbach De Rehmann
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1988-04-14
Filing date: 1988-04-14
Publication date: 1990-02-15
Also published as: DE3812440A1

Description

Technisches Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Fermentierung einer Substanz, welche produktinhibierend wirkt und in Ionen dissoziiert vorliegt. Mit Hilfe des erfin dungsgemäßen Verfahrens können z. B. Abwässer zur Gewinnung von Wertstoffen fermentativ aufbereit werden, in dem z. B. die darin enthaltenen Restkohlenhydrate einer Fermentation unterzogen werden, welche die gewünschten Wertstoffe lie fert.

Stand der Technik, Nachteile des Standes der Technik

In der Sauerkrautherstellung wird die anfallende Preßlake gesammelt und nach Filtration in eine anaerobe Stufe gelei tet. Nachteil dieser Entsorgung ist die anfallende, relativ geringe Gasmenge, der hohe apparative Aufwand und die lange Verweildauer der Lake.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein kontinuierliches Verfahren anzugeben, bei dem eine Stoffrückgewinnung ermöglicht wird. Die Erfindung ist in den Ansprüchen gekennzeichnet.

Mit der Erfindung läßt sich in geringer Zeit die Milchsäure abtrennen und aufkonzentrieren, die Abwasserbelastung bei Einleitung unbehandelter Preßlake wird gesenkt, und durch den Verkaufserlös der Milchsäure können Produktionskosten gesenkt werden.

Die Fermentation wird bisher nur chargenweise durchgeführt, und durch die Produktinhibierung werden nicht alle Kohlen hydrate verstoffwechselt. Das konnte bisher nur durch das kontinuierliche Zudosieren von Neutralisationsmittel umgan gen werden.

Mit der Erfindung gelöste Aufgabe, Verbesserungen, Vorteile

Durch die kontinuierliche Abtrennung der Metabolite ionoge ner Form wird der Fermenter im pH-Optimum gefahren, wodurch die Produktivität der Mikroorganismen gesteigert wird. Die Endproduktinhibierung wird umgangen, ein quasikontinuier licher Prozeß möglich.

Grundzüge des Lösungsweges

Die Preßlake wird gem. Fig. 1 in einer Ultrafiltrationsein heit vorgeklärt (Feststoffabtrennung, Kohlenhydrate und Mikroorganismenrückhaltung 2), dann mit einem pH-Wert, bei dem die Säure undissoziiert vorliegt, zur Entsalzung einer Elektrodialyse (ED) unterworfen, entsalzt und dann mit einem pH-Wert, bei dem die Säure z. T. dissoziiert ist, in eine mehrstufige Elektrodialyse-Vorrichtung (ED) (Stufen je nach Aufkonzentrierungsgrad) geleitet und anschließend in einem Verdampfer bzw. einer Umkehrosmosevorrichtung (RO) bzw. Pervaporationseinheit (PV) auf ca. 80-90% aufkonzentriert. Die behandelte Lösung 1 wird einschließlich nicht umgesetz ter Kohlenhydrate 2 in den Fermenter zurückgeführt.

Gem. Fig. 2 ist in den Fermenter eine pH-Sonde eingebaut, die ein kontinuierliches Signal über die Protonenkonzen tration an einen Meßumformer weitergibt. Der Meßumformer ist mit einer Mikroprozessorsteuerung verbunden, die über einen Algorithmus die an den Elektroden des Elektrodialysestapels anliegende Potentialdifferenz in Abhängigkeit von pH-Wert so regelt, daß der pH-Wert im Optimum konstant gehalten wird.

Aus dem Fermenter wird die gefilterte Lösung in die Kammer 3 gepumpt, durch die für Anionen permeable Membran 6 erfolgt eine Aufkonzentration in den Kammern 4 und 5. Die Kationen austauschermembran 7 ist gestrichelt dargestellt, aber der Kationenweg ist nicht dargestellt.

Die Aufkonzentration mit Hilfe der Potentialregelung über die Mikroprozessoreinheit kann etwa um den Faktor 4 - 7 er folgen, die weitere Konzentrierung erfolgt dann im Verdamp fer.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden Beispiel anhand der Aufarbeitung der Preßlake eines industriell her gestellten Sauerkrautes näher beschrieben.

Beispiel

Aus einem auf 25°C temperierten 3-Liter-Glasfermenter wird die Lake durch eine Mikrofiltrationseinheit (Cut off nom. 0.2 µm, Fläche 0.03 m²) geleitet, das Retentat zurück in den Fermenter geführt und das Permeat in die Diluatkammern einer Elektrodialysevorrichtung (5 Zellen, Membrananordnung A-K, i(max)=90 A/m²) gepumpt. Nach Ansteigen des pH-Wertes von 4 auf 5.7 wird die Lake mit Lactobacillus delbrückii beimpft und mit Nährsalzen (0.5 g/l Hefeextract; 0.5 g/l Kalium hydrogenphosphat; 0.1 g/l Magnesiumsulfat; 0.5 g/l Poly pepton) versehen. Über die pH-Steuerung wird der pH-Wert zwischen 5.5 und 6.5 konstant im Optimum gehalten. Durch die einsetzende Fermentation wird der Restzuckergehalt um etwa 45% von 12.2 g/l auf 5.5 g/l gesenkt, während die Säure konzentration im Konzentrat der Elektrodialyse steigt.

In einem Vergleichsversuch wird der pH-Wert durch Zugabe von Calciumhydroxid auf 5.5 gehoben, nicht elektrodialysiert, das Permeat der Mikrofiltration direkt in den Fermenter zurückgeführt und beimpft.

Im 1. Versuch ist die Produktivität 3 mal höher als im Vergleichsversuch ohne Elektrodialyseeinsatz, der Restzuckergehalt sank im 2. Versuch lediglich um 20% auf 9,75 g/l.

Claims

1. Verfahren zur kontinuierlichen Fermentierung einer Substanz, die produktinhibierend wirkt und in Ionen dissoziiert vorliegt, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert im Fermenter gemessen wird, die Lösung, sobald ein einstellbarer pH-Wert unter- oder überschritten wird, abgezogen und filtriert wird, das Retentat in den Fermenter zurückgeführt und das Filtrat einer Elektrodialyse zum Salzentzug zugeführt wird, und danach die zum Teil dissoziierte Lösung konzentriert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufkonzentrierung in einem Elektrodialysestapel erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Konzentrat in einem Verdampfer oder einer Umkehr osmoseeinheit oder einem Vakuumverdampfer oder einer hydro philen Pervaporationseinheit weiter konzentriert wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufkonzentrierung im Elektrodialysestapel über eine Mikroprozessorregelung und eine Spannungsversorgungsregelung erfolgt.

5. Verwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 bei der Sauerkrautherstellung.