DE4037765A1 - Bioreaktor zur herstellung gashaltiger getraenke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Bioreaktor für die Ein­ lagerung von Wirkstoffen, wie Hefen und anderen Mikro­ organismen. Ein solcher in Flüssigkeiten einzutauchen­ der Bioreaktor setzt durch seine in Reaktion gehenden Substanzen Kohlensäuregas frei. Die Herstellung gas­ haltiger Getränke erfolgt in geeigneten Behältnissen durch Gärung, wobei die hefenumgebende Hülle in der Form eines feinen Filters die freie Fermentation ver­ hindert und dadurch der Gärverlauf trübungsfrei abläuft. Unter den eingangs erwähnten Getränken sind im beson­ deren Bier, Wein, Perlwein und Sekt bzw. Champagner zu verstehen. Diese Getränke werden in verschiedenen Be­ hältnissen hergestellt, wobei Champagner zum überwie­ genden Teil in einer 0,75 Literflasche die zweite Gä­ rung erfährt. Das gleiche gilt für Sekt, sofern dieser nach der traditionellen Methode hergestellt wird. Die zweite Gärung wird durch den Zusatz von Zucker und Hefen in dem Getränk durchgeführt. Über den Stoffwech­ sel der Hefezellen wird dann das Kohlensäuregas frei. Damit baut sich in einem geschlossenen Behälter, wie beispielsweise einer Sektflasche, ein bestimmter Druck auf, der in der Endphase 5-6 bar beträgt. Die Hefe­ zellen unterliegen von Natur aus keiner Immobilisierung und damit nativer Fermentation bei trübender Gärung. Eine derart ablaufende Gärung bedeutet immer Depotrück­ stände in Form der eindosierten Hefen. Diese Hefen ha­ ben sich je nach Gebrauchslage des Behälters bzw. der Flasche am untersten Punkt angesammelt und müssen zur gegebenen Zeit entfernt werden. Dies um so mehr, da sonst das Getränk beim Transport und beim Öffnen durch den Druckstoß trüblaufen würde. Damit einher gingen auch negative Geschmacksveränderungen. Bei der tradi­ tionellen Sektflaschengärung werden die Hefen nach Ab­ lauf der Gärung auf den Punkt gerüttelt. Unter Punkt gerüttelt versteht man die Hefenansammlung unter dem Sektflaschenverschluß. Nach einer vom Gesetzgeber vor­ gegebenen Zeitspanne kann das sogenannte Degorgieröff­ nen der Sektflaschen erfolgen, was die Entnahme des Hefedepots bedeutet. Danach werden die Flaschen nach einer eventuell vorzunehmenden Dosage erneut verschlos­ sen. Die traditionelle Flaschengärung, d. h. das Cham­ pagnerverfahren, gilt als Qualitätsfaktor. Das Verfah­ ren ist aufwendig und immer noch in vielen Betrieben mit viel Handarbeit verbunden. Gerade der Aufwand des Hefeabrüttelns und Degorgierens ist beträchtlich und es werden Lösungen gesucht diese Verfahrensschritte wirtschaftlich günstiger zu stellen. Seit einigen Jahren laufen Versuche mittels Alginat-immobilisierten-Hefen trübungsfrei zu vergären. Auch versucht man durch Mi­ krokapselung nativer Hefen eine Immobilisierung zu er­ reichen, und zwar immer mit dem Ziel der Einsparung vorgenannter Verfahrensschritte. Es sind auch Filter bekannt, die eine Immobilisierung bewerkstelligen sol­ len. Teils funktionieren diese Filter auch, andere sind wiederum nicht zuverlässig, d. h. Hefen schlagen durch und führen zu Trübungen oder Sekundärhefedepots. Unabhängig davon sind diese bisher nach dem Stand der Technik bekannten Immobilisierungs-Maßnahmen zu teu­ er und ein wirtschaftlicher Vorteil ist nicht erkenn­ bar.

In verschiedenen Versuchsreihen hat der Anmelder fest­ gestellt, daß die Diffusionshemmnisse der meisten die Hefen umgebenden Filtermaterialien einen Druckaufbau im Reaktor begünstigen. Dieser Druckaufbau im Innern der Reaktorzelle verhindert einerseits das Nachströmen von Nährflüssigkeit für die Organismen, andererseits, wenn der Druck eine bestimmte Größe erreicht, drückt es Gas und feinste Hefeteilchen durch die Poren der Filtermembran. Diese Vorgänge verhindern, daß kontinu­ ierlich Nährflüssigkeit nachströmt. Es wurde weiterhin festgestellt, daß die quantitative Porösität selbst feinster Rohrmenbranen bzw. Kapilarmembranen von 0,2 µm Filterfeinheiten denen von 2-5 µm im Reaktionsverhal­ ten überlegen waren, wenn bei letzteren die notwendige Menge der Porösität fehlte. Diese Versuche wurden mit hydrophilen, hydrophoben Filtern sowie in Kombination beider durchgeführt. Außer bei der rein hydrophoben Variante wurde der Enddruck von ca. 6 bar bei einem Zuckereinsatz von 24 g/Liter immer erreicht. Die Zeit­ dauer von 0-6 bar Druck betrug bei einer Umgebungs­ temperatur von etwa 180 Celsius 2,5 bis 3 Monate. Je nach Materialart des eingesetzten Filters wurde, wie bereits erwähnt, in unterschiedlicher Menge ein Heraus­ drücken von feinstem Hefetrub beobachtet. Dies selbst bei Membranen im Bereich der Ultrafiltration. Der be­ reits erwähnte Druckaufbau und die Diffusionshemmnisse verhinderten in einer regelrechten Wechselwirkung einen kontinuierlichen Stoffaustausch in der Filter- bzw. Reaktorkammer.

Hier setzt nun die Erfindung ein, deren Aufgabe darin gesehen wird, die Mängel der bekannten Vorrichtungen und Verfahren zu beseitigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde mit einfachsten Mitteln einen Bioreaktor zur Herstellung gashaltiger Getränke zu schaffen, ohne daß es zu Diffusionshemm­ nissen und einem unkontrollierbaren Druckaufbau in der Reaktorkammer kommt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Hefen auf ein hydrophiles Filtermaterial ein- oder mehr­ lagig aufgebracht werden und das Ganze eng zu einem Wickel zusammengerollt wird. Diese straffe Wickeltechnik um­ schließt die Hefen hermetisch und läßt keinen nennens­ werten Kammerraum zu. Da es an dem für den Druckaufbau verantwortlichen Kammerraum fehlt sind die Diffusions­ hemmnisse minimal bis bedeutungslos.

Der eigentliche Erfindungsgedanke ist in dem Ausfüh­ rungsbeispiel anhand des Flaschengärverfahrens bei der Sektherstellung näher erläutert.

Dabei zeigt:

Fig. 1 ist mit B als ganzes ein Bioreaktor dar­ gestellt, der die Wirkstoffe W zwischen porösem Gewebe 4 und 5 bzw. einem gitter­ ähnlichen Raster trägt. Eine oder mehrere Filtermaterialien bzw. Membranen 1, 2 und 3 umschließen wickelförmig die Wirkstoffe W. Die Wickelung kann so erfolgen, daß mittig ein Loch 6 entsteht, welches zusätzlich Kontaktfläche zum umgebenden Getränk schafft.

Fig. 2 zeigt einen fertig gewickelten Bioreaktor.

Fig. 3 zeigt einen fertig gewickelten Bioreaktor mit aufgestecktem Bidules 7 und aufgebrach­ ter Kappe 9.

Fig. 4 zeigt einen Bioreaktor mit aufgestecktem Bidules 7 in einer mit einem Kronkork 10 verschlossenen Sektflasche F.

Der in den Ausführungsbeispielen gezeigte Bioreaktor in Wickeltechnik umschließt in straffer Form die Wirk­ stoffe W, was einer Minimierung der Hohlraumbildung gleichkommt. Das Fehlen an Hohlraum bedeutet vernach­ lässigbaren Druckaufbau der Reaktorzelle mit den ge­ ringsten Diffusionshemmnissen. Gerade diese Technik brachte bei allen vorangegangenen Versuchsreihen die besten Ergebnisse eines raschen Reaktionsverhaltens und einer zuverlässigen Immobilisierung.

Als Filtermaterial kann Polysulfon, Polypropylen, Nylon, zelluloseartiges Material oder Papierfilter in­ frage kommen, wie auch jedes andere Material mit po­ rösen Strukturen das lebensmittelrechtlich in der Getränkeindustrie zugelassen ist.

Bezugzeichenliste

B = Bioreaktor als Ganzes
F = Sektflasche
W = Wirkstoffe/Hefen
 1, 2, 3 = poröse Filtermaterialien
 4, 5 = poröses Gewebe
 6 = Loch
 7 = Bidules
 8 = Aufstecknocken
 9 = Kappe
10 = Kronkork

Claims (11)

1. Bioreaktor zur Herstellung gashaltiger Getränke mit­ tels trübungsfreier Vergärung mit Wirkstoffen in Form von Hefen oder Mikroorganismen in Behältern, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkstoffe (W) ein- oder mehrlagig in porösen Filtermaterialien (1, 2, 3) wickelförmig eingeschlossen sind.

2. Bioreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ein- oder mehrlagigen Filtermaterialien (1, 2, 3) auf der einen Seite ganz oder teilweise mit einem lebensmittelrechtlich zugelassenen Kleber ver­ sehen sind, auf den oder zwischen dem Kleber die Wirk­ stoffe (W) aufgebracht werden und das Ganze zum Mo­ dul gewickelt wird.

3. Bioreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine oder mehrere Lagen poröses Ge­ webe (4, 5) zwischen den Filtermaterialien (1, 2, 3) eingewickelt werden.

4. Bioreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen die Hohlräume des porösen Ge­ webes (4, 5) die Wirkstoffe (W) eingebracht und zwischen Gewebe und Filtermaterial eingewickelt sind.

5. Bioreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet daß die Filtermaterialien (1, 2, 3) eine Filterfeinheit von vorzugsweise 0,1 bis 10 µm haben.

6. Bioreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Reaktor beim Zusammenwickeln der Filtermaterialien (1, 2, 3) mittig einen Frei­ raum in Form eines Loches (6) bekommt, damit zu­ sätzlich Nährflüssigkeit zu den Wirkstoffen (W) ge­ langen kann, der Gasaustausch hierüber besser erfolgt und ein Befestigen des Reaktors unter ein Bidules (7) möglich ist.

7. Bioreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das fertig gewickelte Bioreaktormodul an beiden Kopfenden einige Millimeter in eine Versiege­ lungsmasse, wie beispielsweise Epoxydharz oder ein Siliconklebebad eingetaucht wird, eine Kappe (6) aus Papier oder einem Kunststoffmaterial aufgesetzt wird.

8. Bioreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es sich bei den Filtermaterialien (1, 2, 3) um hydrophile Filter handelt.

9. Bioreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es sich bei den Filtermaterialien (1, 2, 3) wechselweise um hydrophile und hydrophobe Filter handelt.

10. Bioreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Filtermaterialien (1, 2, 3) anstelle des Loches (6) um einen porösen Kern ge­ wickelt werden.

11. Bioreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Bioreaktor ganz oder teilweise in eine stabile und stark poröse wie siebartige Schutz­ vorrichtung eingebettet wird.