DE4241154C1 - Verfahren zum Aufschluß von Zelldispersionen oder Zellsuspensionen mittels Ultraschallbehandlung zwecks Gewinnung von Zellinhaltsstoffen - Google Patents

Verfahren zum Aufschluß von Zelldispersionen oder Zellsuspensionen mittels Ultraschallbehandlung zwecks Gewinnung von Zellinhaltsstoffen

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Description

Zellinhaltsstoffe, wie Enzyme, Proteine, Vitamine bzw. Substanzen mit antimethodischer entzündungshemmender oder zytostatischer Wirkung, werden beispielsweise im medizinischen, pharmazeutischen und kosmetischen Anwendungsbereich benötigt.
In der DE-PS 32 26 016 ist eine Anlage mit einem Extrusionshomogenisator beschrieben, bei dem die Zellen durch einen hohen Druckgradienten, Kavitations- und Turbulenzeffekte im engen Spalt zerstört werden.
Ein grundlegender Nachteil dieser Verfahren und Anordnungen besteht darin, daß sie sehr zeitaufwendig sind und ein unbefriedigendes Aufschlußergebnis aufweisen.
Nachteilig ist auch, daß in vielen Fällen nur zeitlich dauerhafte organische Verbindungen behandelt werden können. Hinzu kommt, daß die obengenannten mechanischen Verfahren sehr energieaufwendig sind, hohe Anlagen- und Betriebskosten verursachen und daß ihre Leistungsfähigkeit auf wenige widerstandsfähige Substanzen reduziert bleibt.
Von den möglichen Aufschlußmethoden, bei denen Ultraschallgeräte angewendet werden, sind nur wenige aus der literatur und aus Prospekten von Herstellerfirmen bekannt, die sich außerdem auf die Laboranwendung beschränken. Kennzeichnend für diese Verfahren ist die bekannte Anordnung einer Ultraschallanlage, bestehend aus HP-Generator, elektromechanischem Wandler mit Arbeitswerkzeug (Synotrode) und einer Vielzahl meist offener Beschallungsgefäße, die zusätzlich kühlbar sein können und eine kontinuierliche Bschickung mit dem Medium ermöglichen.
Es sind auch spezielle Beschallungsvorrichtungen (Zellen) bekannt, die direkt an einen elektromechanischen Ultraschallwandler gekoppelt sind (vgl. beispielsweise DE-PS 20 27 533).
Nachteilig ist, daß durch die notwendige Ausführung als wellenlängenabhängiges Resonatorelement keine vorteilhafte konstruktive Dimensionierung des Beschallungsvolumens möglich ist und eine Kühlung entfallen muß.
Aus technischen Erfindungsbeschreibungen sind viele für eine Beschallung geeignete Synotrodenformen bekannt. Entscheidender Nachteil dieser Verfahren und Anordnungeen ist ein ungenügendes Aufschlußergebnis von maximal 60%, verursacht dadurch, daß keine den Ultraschalleffekt begünstigenden Mittel eingesetzt werden und die notwendige konstruktive Dimensionierung eines Beschallungsvolumens nicht berücksichtigt ist.
Um diese Mängel so weit wie möglich zu beheben, wird in der DD 2 84 131 empfohlen, sogenannte Ultraschallaktivatoren mitzuverwenden, beispielsweise in Form von Körpern aus einem kavitationsresistenten und schallharten Material, wie Hartkeramik. Diese Körper füllen einen mehr oder weniger großen Volumenanteil des Beschallungsraums aus und verringern daher dessen Aufnahmevermögen für das zu beschallende Medium. In der Praxis können außerdem auch nur Medien mit Feststoffkonzentrationen von maximal 19 Gew.-% behandelt werden. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Methode besteht darin, daß es erforderlich ist, einen kugelförmigen Beschallungsraum zu verwenden, in dessen Mittelpunkt die Strahlungsfläche der Synotrode angeordnet ist.
Aufgabe der Erfindung war es daher, die Beschränkungen in bezug auf die Feststoffkonzentrationen des zu beschallenden Mediums und in bezug auf die Art des Beschallungsraums sowie die Anordnung der Synotrode zu überwiden und ein Beschallungsverfahren zur Verfügung zu stellen, das in einer Durchflußzelle einen optimalen Zellaufschluß noch bis zu Feststoffkonzentrationen von 65 Gew.-% ohne Aktivatorkörper ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst, wobei überraschenderweise der Beschallungsraum nicht mehr kugelförmig sein muß, sondern jede beliebige reinigungsfreundliche Raumform verwendet werden kann.
Das Verfahren wird sehr zweckmäßig bei einer Amplitude im Bereich von 20 bis 70 durchgeführt.
Das Optimum des Synotrodenwinkels im Beschallungsraum beträgt 85,3°.
Das zu beschallende Medium kann Feststoffe in Konzentrationen im Bereich von 0,5 bis etwa 65 Gew.-% enthalten.
Die Durchführung des neuen Verfahrens bereitet in der Praxis keinerlei Schwierigkeiten, da die wäßrige Zelldispersion oder -suspension mittels einer Pumpe durch das gekühlte Durchflußgefäß gepumpt wird, in dem die Synotrode unter Beachtung von Winkeleinstellung und Eintauchtiefe angeordnet ist, wobei gleichzeitig die Eintauchlänge der Synotrode in der angegebenen Weise auf das jeweilige Beschallungsvolumen eingestellt wird.
Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele näher erläutert.
Beispiel 1 Aufschluß von Hefen
Bäckerhefen
Bierhefen
Weinhefen
Spezialhefen, z. B. SOD angereichert etc. (SOD = Superoxiddismutase)
Rezeptur
23,5 Gew.-% Hefe, z. B. Bäckerhefe
10,0 Gew.-% Glycerin
 5,5 Gew.-% Propylenglykol
q.s. dest. Wasser
Herstellung Herstellungstemperatur: 5 bis 7°C
Destilliertes Wasser wird in einem Behälter vorgelegt. Unter Rühren wird die Hefe darin dispergiert. Danach werden das Glycerin und das Propylenglykol zu der Suspension zugegeben.
Aufschluß
Die homogene Hefesuspension wird mittels einer Pumpe durch das Durchflußgefäß geleitet, und sie wird dort dem Ultraschall ausgesetzt. Dabei erfolgt ein schonender Zellaufschluß unter Gewinnung von aktiven Zellinhaltsstoffen, wie beispielsweise Proteine:
z. B. Zn+Cu Superoxiddismutase; Vitamine, wie beispielsweise Vitamin-B-Komplex, A, E.
Parameter
Amplitude:
55
Synotrodenwinkel: 85,3°
Zeiteinheit (Durchflußgeschwindigkeit): 1 l/h
Gesamtvolumen des Durchflußbehälters: 550 ml
Synotrodenlänge im Gefäß: 30 mm
Feststoffanteil: 23,5 Gew.-%
Aufschlußquote: 95-99%
Dabei verhält sich:
Die Gesamtlänge der Synotrode beträgt 50 mm. Das Verhältnis von Synotrodenlänge im Gefäß zur Gesamtlänge beträgt daher 0,6.
Beispiel 2 Aufschluß von Rinde des mexikanischen Hautbaumes Rezeptur
35,0 Gew.-% Hautbaum, pulverisiert
 5,0 Gew.-% Glycerin
 5,0 Gew.-% Propylenglykol
q.s. dest. Wasser
Herstellung Herstellungstemperatur: max. 15°C
Destilliertes Wasser wird in einem Behälter vorgelegt. Unter Rühren wird das pulverisierte Hautbaummaterial in dem Wasser gut dispergiert. Der Zusatz von Glycerin und Propylenglycol erfolgt zuletzt.
Aufschluß des Hautbaummaterials
Unter Rühren wird die hergestellte Hautbaumsuspension in den Durchflußbehälter gepumpt und dort dem Ultraschall ausgesetzt.
Parameter
Amplitude:
65
Synotrodenwinkel: 87,0°
Zeiteinheit (Durchflußgeschwindigkeit): 0,5 l/h
Synotrodenlänge im Gefäß: 33,2 mm
Volumen des Durchflußbehälters: 650 ml
Feststoffanteil: 35 Gew.-%
Aufschlußquote: 96% Zellinhaltsstoffe mit antimethodischer, zytostatischer Wirkung
Dabei verhält sich
Die Gesamtlänge der Synotrode beträgt 50 mm. Das Verhältnis von Synotrodenlänge im Gefäß zur Gesamtlänge beträgt daher 0,664.
Beispiel 3 Aufschluß von Algen aller Art
z. B. Grünlagen
Rezeptur
65,0 Gew.-% Algen, z. B. Grünalgen
 5,0 Gew.-% Glycerin
q.s. dest. Wasser
Herstellung Herstellungstemperatur: 7 bis 10°C
Destilliertes Wasser wird in einem Behälter vorgelegt. Unter Rühren erfolgt die Zugabe der Algen (z. B. Grünalgen), und im Anschluß darin wird das Glycerin in der Suspension homogen verteilt.
Aufschluß der Algen
Unter Rühren wird die hergestellte Algensubstanz in den Durchflußbehälter gepumpt. Im Beschallungsraum werden die Algen mittels Ultraschall aufgeschlossen. Die Temperatur beträgt max. 10°C.
Parameter
Amplitude:
60
Synotrodenwinkel: 83,8°
Zeiteinheit (Durchflußgeschwindigkeit): 1 l/h
Synotrodenlänge im Gefäß: 29,5 mm
Volumen des Durchflußbehälters: 100 ml
Feststoffanteil: 65 Gew.-%
Aufschlußquote: 98,5%
Dabei verhält sich
Die Gesamtlänge der Synotrode beträgt 50 mm. Das Verhältnis von Synotrodenlänge im Gefäß zur Gesamtlänge beträgt daher 0,59.
Beispiel 4 Aufschluß von Bakterien
z. B. Acinetobacter calcoaceticus
Rezeptur
45,0 Gew.-% Bakterien, z. B. Acinetobacter calcoaceticus
 3,0 Gew.-% Glycerin
 2,0 Gew.-% Propylenglykol
q.s. dest. Wasser
Herstellung Herstellungstemperatur: 3 bis 5°C
Destilliertes Wasser wird in einem Behälter vorgelegt. Unter Rühren werden der Reihe nach Glycerin, Propylenglykol und Bakterien zugegeben.
Aufschluß der Bakterien
Die homogene Bakteriensuspension wird in das Durchflußgefäß gepumpt und dem Ultraschall ausgesetzt.
Parameter
Amplitude:
45
Synotrodenwinkel: 84,9°
Zeiteinheit (Durchflußgeschwindigkeit): 1 l/h
Gesamtvolumen des Durchflußbehälters: 50 ml
Synotrodenlänge im Gefäß: 30,9 mm
Feststoffanteil: 45 Gew.-%
Aufschlußquote: 99,5%
Dabei verhält sich
Die Gesamtlänge der Synotrode beträgt 50 mm. Das Verhältnis von Synotrodenlänge im Gefäß zur Gesamtlänge beträgt daher 0,618.
Beispiel 5 (nachgereicht) Aufschluß von Samen, Körnern
z. B. Leinensamen
Rezeptur
 0,5 Gew.-% Leinensamen
10,0 Gew.-% Propylenglykol
q.s. dest. Wasser
Herstellung Herstellungstemperatur: max. 15°C
In die Wasser-Propylenglykolmischung werden unter Rühren die Leinensamenkerne hinzugegeben.
Aufschluß
Mittels Pumpe gelangt die Leinensamensuspension in das Ultraschallgefäß und wird unter Verwendung der folgenden Parameter aufgeschlossen:
Parameter
Amplitude:
55
Synotrodenwinkel: 80,7°
Zeiteinheit (Durchflußgeschwindigkeit): 0,5 l/h
Gesamtvolumen des Durchflußbehälters: 100 ml
Synotrodenlänge im Gefäß: 25 mm
Feststoffanteil: 0,5 Gew.-%
Aufschlußquote: 85-87%
Dabei verhält sich
Die Gesamtlänge der Synotrode beträgt 50 mm. Das Verhältnis von Synotrodenlänge im Gefäß zur Gesamtlänge beträgt daher 0,5.

Claims (4)

1. Verfahren zum Aufschluß von Zelldispersionen oder Zellsuspensionen mittels Ultraschallbehandlung in einer Ultraschall- Durchflußzelle zwecks Gewinnung von Zellinhaltsstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß die Synotrode zu 1/2 bis 2/3 ihrer Länge in die Durchflußzelle hineinragt, daß der Winkel der Synotrode im Beschallungsgefäß im Bereich von 80,5 bis 88,5° liegt, daß das Verhältnis der Eintauchlänge der Synotrode (in mm) zum Beschallungsvolumen (in ml) auf einen Wert im Bereich von 1 : 1,1 bis 1 : 20 eingestellt wird und daß das Verhältnis von Eintauchlänge der Synotrode (in mm) zu dem Feststoffanteil des zu beschallenden Mediums (in Masseprozenten) im Bereich von 1 : 0,02 bis 1 : 2,2 liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Amplitude im Bereich von 20 bis 70 verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Synotrodenwinkel 85,3° beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffkonzentration im zu beschallenden Medium im Bereich von 0,5 bis 65 Gew.-% liegt.
DE4241154A 1992-12-07 1992-12-07 Verfahren zum Aufschluß von Zelldispersionen oder Zellsuspensionen mittels Ultraschallbehandlung zwecks Gewinnung von Zellinhaltsstoffen Expired - Lifetime DE4241154C1 (de)

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