DE4142967A1 - Bioreaktor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Bioreaktor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bioreaktoren werden dazu verwendet, lebende Zellen in einem Nährmedium, das auch als Fermenterbrühe bezeichnet wird, zu kultivieren. Je nach Art der verwendeten Fermenterbrühe bzw. der darin sich befindenden Zellen kommt es auf der Oberfläche der Fermenterbrühe zur Bildung von Schaum. Dies­ er Schaum ist hinderlich bei dem Betrieb des Bioreaktors sein, da ein kontinuierliches Rühren beim Erreichen einer definierten Menge an Schaum nicht mehr möglich ist. Zudem enthält der Schaum eine hohe Konzentration an lebenden Zel­ len, die den optimalen Bedingungen, die sie für ihre Ver­ mehrung benötigen, und die sie nur in der Fermenterbrühe erhalten, damit entzogen. Ihrer Vermehrung wird damit un­ terbunden. Gleichzeitig kommt es zum Abtöten der Zellen.

Zur Bekämpfung starker Schaumbildung im Bioreaktoren ist es bis jetzt üblich, ein flüssiges Antischaummittel tropfen­ weise der Fermenterbrühe beizumischen. Das Antischaummittel wird durch Rühren gleichmäßig in der Fermenterbrühe ver­ teilt. Wegen seiner Durchmischung mit der Fermenterbrühe wird es sehr verdünnt, und wirkt deshalb nur in einer schwachen Konzentration. Da das Antischaummittel in die Fermenterbrühe eingerührt wird, kann es nur aus der Fer­ menterbrühe heraus an der Unterseite der Schaumschicht wirksam werden. Die bis jetzt bekannt gewordenen Bioreak­ toren weisen teilweise Schaumsensoren auf, welche die Schaumhöhe erfassen, und beim Erreichen einer definierten Höhe die Beimischung von Antischaummitteln zur Fermenter­ brühe veranlassen. Diese Maßnahmen reichen jedoch oft nicht aus, die gebildete Schaumschicht in dem gewünschten Umfang und in der erforderlichen Zeit abzubauen. Nur durch eine erhöhte Zugabe von Antischaummitteln kann der Schaum teil­ weise, wie gewünscht, abgebaut werden. Große Mengen an An­ tischaummitteln können sich jedoch nachteilig auf die Le­ bensbedingungen der in der Fermenterbrühe enthaltenen Zel­ len auswirken. Zudem kann eine zu große Menge von Anti­ schaummittel bei der Weiterverarbeitung der von Zellen er­ zeugten Produkte zu Komplikationen bei der Trennung und Aufarbeitung der Produkte führen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Bioreaktor aufzuzeigen, bei dem die Bildung von Schaum ohne Nachteile für die lebenden Zellen und das im Bioreaktor er­ zeugte Produkt unterbunden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Der erfindungsgemäße Bioreaktor weist eine Dosier- und Ver­ teilvorrichtung für das Antischaummittel auf. Das Anti­ schaummittel wird tropfenweise in den Bioreaktor einge­ leitet, und mit Hilfe eines Drehkörpers auf der Oberfläche des Schaums gleichmäßig verteilt. Die Menge des in den Bio­ reaktor eingeleiteten und vom Drehkörper verteilten Anti­ schaummittels kann beliebig erhöht werden, falls es zur ex­ trem starker Schaumbildung kommt. Die Menge des einzu­ leitenden Antischaummittels kann so groß sein, daß es tropfenförmig von dem Drehkörper in die Fermenterbrühe ein­ tropft. Diese Menge des eingeleiteten Antischaummittels überschreitet nicht die in herkömmlichen Bioreaktoren ver­ wendete Menge an Antischaummittel. Da das Antischaummittel über einen Drehkörper verteilt wird, wird es auch gegen die Innenflächen des Bioreaktors geschleudert. Dadurch wirkt die benetzte Behälterwand als entschäumende Fläche.

Der erfindungsgemäße Bioreaktor wird nachfolgend anhand ei­ ner schematischen Zeichnung näher erläutert.

Die einzige zur Beschreibung gehörige Figur zeigt den Be­ hälter 1 eines Bioreaktors 100. Er ist zylinderförmig aus­ gebildet und mit einem Deckel 1D verschlossen. In den Be­ hälter 1 ist eine Fermenterbrühe 3 bis zur maximalen Füllhöhe 2 eingefüllt. Der Behälter 1 ist erfindungsgemäß mit einer Dosier- und Verteilvorrichtung 4 sowie einer Meßvorrichtung 5 versehen. Sowohl die Dosier- und Verteilvorrichtung 4 als auch die Meßvorrichtung 5 haben die Aufgabe, Schaum zu be­ seitigen, der auf der Oberfläche der Fermenterbrühe 3 ent­ steht. Die Dosiervorrichtung 4 besteht aus einem Gefäß 4G, in welches das Antischaummittel 7 gefüllt ist. Von dem Ge­ fäß 4G ist eine Zuleitung 8 durch den Deckel 1D des Behäl­ ters 1 hindurch in dessen Innenbereich 11 geführt. Die Do­ sier- und Verteilvorrichtung 4 umfaßt ferner einen Dreh­ körper 4D, der durch eine Drehachse 40 und eine Verteil­ scheibe 41 gebildet wird. Die Drehachse 40 ist in der Längsachse des Behälters 1 angeordnet und durch den Boden desselben nach außen geführt, wo sie mit Hilfe eines Motors (hier nicht dargestellt) angetrieben werden kann. Die Ver­ teilscheibe 41 ist an dem im Behälter 1 angeordneten Ende der Drehachse 40 befestigt. Der Durchmesser der Verteil­ scheibe 41 ist einige Millimeter kleiner als der Innen­ durchmesser des Behälters. In definiertem Abstand ist über der Mitte der Verteilscheibe 41 die Austrittsöffnung 8E der Zuleitung 8 installiert. Hierdurch wird erreicht, daß das von dem Gefäß 4G kommende Antischaummittel 7 mittig auf die Oberfläche der Verteilscheibe 41 tropft. Da die Verteil­ scheibe 41 mit der Achse 40 verbunden ist, wird das Anti­ schaummittel 7 durch die Zentrifugalkraft auf der Oberflä­ che 41S der Verteilscheibe 41 verteilt. Durch eine zusätz­ liche Abschrägung der Oberfläche 41S von der Mitte nach au­ ßen zu, wird die Verteilung des Antischaummittels 7 auf der Oberfläche 41S der Verteilscheibe 41 zusätzlich begünstigt. Die Verteilscheibe 41 ist zusätzlich mit einer Anzahl von Löchern 42 versehen. Über diese Löcher 42 gelangt das Anti­ schaummittel 7 auf die Unterseite 41U der Verteilscheibe 41. Erfindungsgemäß ist zur Bekämpfung des Schaums 6 eine Meßsonde 5 vorgesehen, die von außen durch den Deckel 1D des Behälters 1 zwischen der Verteilscheibe 41 und der In­ nenfläche 1W des Behälters 1 bis zur maximalen Füllhöhe 2 des Bioreaktors 100 geführt ist. Mit Hilfe dieser Sonde 5 wird der sich auf der Oberfläche der Fermenterbrühe 3 bil­ dende Schaum 6 und dessen Höhe erfaßt. Das Meßsignal der Sonde 5 wird einer Regelvorrichtung 9 zugeleitet, die au­ ßerhalb des Behälters 1 angeordnet ist. In Abhängigkeit von der Höhe des Schaumes 6 über der Fermenterbrühe 3 wird eine in die Zuleitung 8 eingebaute Pumpe 10 betätigt. Hiermit wird die Menge des in den Behälter 1 einzuleitenden Anti­ schaummittels 7 gesteuert. Das Antischaummittel 7 tropft von der Austrittsöffnung 8E der Zuleitung auf die Oberfläche 41S der Verteilerscheibe 41 und wird dort aufgrund der sich drehenden Verteilscheibe 41 verteilt. Zusätzlich gelangt das Antischaummittel 7 durch die Löcher 42 zur Unterseite 41U der Verteilscheibe 41, tropft von dort auf die Oberflä­ che des Schaumes 6 und wird dort in den Schaum 6 verteilt. Aufgrund der sich drehenden Verteilscheibe 41 wird auch ein Teil des Antischaummittels 7 gegen die Innenflächen 1W des Behälters 1 geschleudert und läuft dort nach unten, so daß die Innenflächen 1W des Behälters 1 als entschäumende Flä­ chen dienen. Durch die zusätzliche Anordnung der Sonde 5 wird gewährleistet, daß bei extrem starken Schaumentwick­ lungen, bei denen der Schaum 6 möglicherweise die Höhe der Verteilscheibe 41 erreicht bzw. darüber hinaussteigt, die Zufuhr des Antischaummittels 7 kurzfristig mit Hilfe der Regeleinrichtung 9 so erhöht wird, daß die Schaummenge in kürzester Zeit wieder auf ein Minimum reduziert bzw. voll­ ständig beseitigt ist. Die Menge des hierbei eingeleiteten Antischaummittels 7 überschreitet in keinem Fall die Mengen an Antischaummittel, die in herkömmlichen Einrichtungen in die Fermenterbrühe 3 gelangen.

Claims (7)

1. Verfahren zur Entfernung von Schaum (6) in einem Bioraktor (100) mit einem Antischaummittel (7), dadurch gekennzeichnet, daß das Antischaummittel (7) auf der Oberfläche und/oder innerhalb des Schaums (6) verteilt wird.

2. Vorrichtung zur Entfernung von Schaum (6) mit ei­ nem Antischaummittel (7) in einem Bioreaktor (100), der wenigstens einen Behälter (1) zur Aufnahme von Fermen­ terbrühe (3) und lebenden Zellen aufweist, gekennzeichnet durch eine Dosier- und Verteilvorrichtung (4) für das An­ tischaummittel (7) sowie einer Meßvorrichtung (5) zur Er­ fassung der Höhe des sich bildenden Schaums (6).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Antischaummittel (7) in ein Gefäß (4G) der Dosiervorrichtung (4) gefüllt ist, von dem aus eine Zu­ leitung (8) für das Antischaummittel (7) in den Behälter (1) geführt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosier- und Verteilvor­ richtung (4) wenigstens einen Drehkörper (4D) aufweist, der durch eine Drehachse (40) und eine Verteilscheibe (41) gebildet ist, daß die Drehachse (40) in der Längs­ achse des Behälters (1) angeordnet und ihre Länge so be­ messen ist, daß sie die Füllhöhe (2) des Behälters (1) um einige Zentimeter überragt, und daß die Verteilscheibe (41) an dem aus der Fermenterbrühe (3) herausragenden Ende der Drehachse (40) befestigt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (8E) der Zuleitung (8) für das Antischaummittel (7) im Abstand von einigen Millimetern über der Mitte der Verteilerscheibe (41) positioniert ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Verteilerscheibe (41) auf ihrer Oberfläche (41S) von der Mitte nach außen zu abge­ schrägt ist, daß die Verteilerscheibe (41) mit durch­ gehenden Löchern (42) zur Benetzung ihrer Unterseite (41U) mit Antischaummittel (7) versehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (5) eine Meßsonde aufweist, die zur Erfassung der Schaumhöhe von außen durch den Deckel (1D) des Behälters (1) bis zur Füllhöhe (2) des Behälters (1) geführt ist, und daß die Meßsonde (5) mit einer Regelvorrichtung (9) in Verbindung steht, deren Ausgangssignal die Menge des in den Behälter (1) einzuleitenden Antischaummittels (7) mit Hilfe einer Pumpe (10), welche in die Zuleitung (8) eingebaut ist, steuert.