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Verfahren und Vorrichtung zur Förderung des Wachstums und der Aktivität
von Mikroorganismen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Förderung des Wachstums und der Aktivität von Mikroorganismen in weiterer Ausbildung
des Verfahrens nach Patent 648 347.
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Nach diesem werden Mikroorganismen durch Bestrahlung mit elektromagnetischen
Wellen zwischen i2o m und 1,8 mm Länge fördernd beeinflußt. Die Beeinflussung wird
derart vorgenommen, daß die Ausgangsorganismen bestrahlt und in einer Abimpfung
oder in einer durch aufeinanderfolgendes Überimpfen erhältlichen Reihe von Abimpfungen
zur Entwicklung gebracht und eine oder einzelne oder alle Abimpfungen bestrahlt
werden. Unter Abimpfungen sind die durch Überimpfen getrennten Entwicklungsstadien
bzw. Maischevolumina zu verstehen. Dabei wurde die Menge des jeweils zu bestrahlenden
Gutes, ob es sich um eine kleinere oder größere handelte, als solche bestrahlt;
man verfuhr so, daß das Gefäß mit der Gesamtmenge in das Kondensatorfeld eines Kurzwellensenders
gebracht wurde. Mit Rücksicht darauf, daß man sich wegen dieserVerhältnisse darauf
beschränken mußte, mehr oder minder kleine Volumina zu bestrahlen, konnte das Verfahren
im Groß= betriebe nicht mit befriedigendem Erfolge angewendet werden. Das Verfahren
nach der vorliegenden zusätzlichen, Erfindung bringt dagegen den großen Vorteil
mit sich, daß es die Bestrahhing
jedes beliebigen Volumens und
damit die uneingeschränkte Anwendung der Kurzwellenbestrahlung in der Industrie
ermöglicht.
| Das neue Verfahren besteht darin, daß |
| Bestrahlung der Ausgangsorganismen und `.' |
oder der Abimpfungen oder auch der AusgÜigs,== organismen und bzw. oder einer Anzahl
der Abimpfungen vorgenommen wird, während das Gut im Flusse ist.
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Verwendet werden ebenso wie nach dem Verfahren des Patents 648 347
elektromagnetische Wellen zwischen z2o m und 1,8 mm Länge. In dem einen oder anderen
Falle mag es genügen, die Ausgangsorganismen oder eine einzige Abimpfung aus einer
Folge von Abimpfungen zu bestrahlen und diese Bestrahlung vorzunehmen, während das
Gut im Flusse ist. In manchen Fällen erscheint es empfehlenswert, nicht gärende
Maischen, sondern in Wasser o. dgl. aufgeschlämmte Mikroorganismen im Flusse zu
bestrahlen. Im nachstehenden ist daher unter Abimpfung nicht nur die gärende Maische,
sondern auch die zur Beimpfung eines Maischevolumens vorgesehene Suspension von
Mikroorganismen zu verstehen. Wird nach dem neuen. Verfahren z. B. in der Hefeindustrie
gearbeitet, so können die von der Reinzucht abgeimpfte Kultur und außer dieser Kultur
diejenigen der zu Vermehrungszwecken zur Entwicklung zu bringenden Abimpfun.gen,
die kleinere Mengen bilden, in den entsprechenden Behältern bestrahlt werden, während
die Abimpfungen, die größere Volumina einnehmen, im Flusse bestrahlt werden.
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Bei Anwendung dieses Verfahrens können Gärprozesse in jeder Hinsicht
gefördert werden. Es lassen sich z. B. das Wachstum der Gärungserreger und der Gärungsverlauf
fördern und die Ausbeute erhöhen. Da man, wie bereits festgestellt ist, sowohl gärende
Maischen als auch suspendierte Mikroorganismen im Flusse bestrahlen kann, so kann
das Verfahren in jeder in Betracht kommenden Gärungsindustrie ohne weiteres ausgeübt
werden. Es können bei der Erzeugung etwa von Aceton und Butylaikohol durch Gärung
oder bei der Milchsäuregärung die gärenden Maischen im Flusse und bei der Erzeugung
von Preßhefe die Maischen oder aber die suspendierte Hefe im Flusse bestrahlt werden.
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Einige Reihen von Versuchen führten zu dem unerwarteten Ergebnis,
daß bei Bestrahlung von Hefe nach der Erfindung besonders günstige Ergebnisse erzielt
werden, wenn die Ausgangshefe und eine Anzahl hintereinander zur Entwicklung gebrachter
Abimpfungen entweder in Ruhe oder im Flusse und die letzte Abimpfung oder die letzten
Abimpfungen im Flusse bestrahltwerden. Dieses Verfahren zur fördernden, Beeinflussung
von Hefe, das bei Anwendung in der Preßhefegewinnung eine bedeutende Steigerung
der Haltbarkeit und.Triebkraft mit sich bringt, wird zweckmäßig derart ausgeführt,
daß auf die Hefezelle durch Vorbestrahlung zunächst ein heftiger Reiz ausgeübt und
die auf diese °W eise vorbehandelte, gewissermaßen sensibilie Hefe in einem Vermehrungszustand,
in r t .ein die Bestrahlung im Flusse nötig ist, einer Nachbestrahlung unterworfen
wird. Während der Vorbestrahlung kann das Gut sich sowohl in Ruhe als auch im Flusse
befinden.
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Die Ausübung des Reizes erwies sich als höchst wirkungsvolle Vorbehandlung.
Es ist vorteilhaft, den auf die Hefezelle auszuübenden Reiz so kräftig vorzusehen,
daß die Hefe gehemmt wird; die Schädigung darf natürlich nicht so weit gehen, daß
die Hefe sich nicht mehr- zu erholen vermag. Die Bedingungen werden vielmehr derart
gewählt, daß das weitere Wachsen der Hefe nur zunächst verlangsamt wird.
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Die gewünschte Sensibilisierung kann durch Anwendung verhältnismäßig
hoher Spannungen erreicht werden. Bestimmte Angaben über die anzuwendende Spannung
können indes nicht gemacht werden; denn die absolute Höhe der Spannung im Felde
läßt sich mit den gegenwärtig vorhandenen Hilfsmitteln nicht messen. Wie die erforderlichen
hohen Spannungen erzielt werden können, ist weiter unten gesagt.
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Es zeigte sich, daß die Anwendung kürzerer @Vellen neben der Anwendung
hoher Spannungen zu einer Verstärkung der Sensibilisierung führt. Gute Ergebnisse
wurden mit Wellen unter ungefähr 12 m Länge erzielt. Mit derart kurzen Wellen wurden
befriedigende Sensibilisierungsergebnisse aber auch erzielt, ohne daß die Spannung
besonders erhöht wurde.
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Im allgemeinen mag gelten, daß die Sensibilisierung in solchem Maße
zu bewirken, ist, daß durch die Nachbestrahlung der angestrebte. bio- i positive
Effekt hervorgerufen wird.
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Die Vorbestrahlung kann derart vorgenommen werden, daß die Ausgangshefe
oder zwei oder mehrere durch aufeinanderfolgende Überimpfungen erhältliche Abimpfungen
bestrahlt werden. Es kann aber auch derart gearbeitet werden, daß Hefe, der man
fallweise Frischmaische zufließen läßt, einmal oder mehrere Male bestrahlt wird..
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Die Nachbestrahlung von Hefe wird bei einer Abimpfung oder bei mehreren
Abimpfungen, und zwar bei fließendem Gute, vorgenommen. Auch bei der Nachbestrahlung,
die unter Bedingungen vorgenommen wird, die die fördernde Beeinflussung gewährleisten,
wird getrachtet, die Einwirkung durch -Anwendung von hohen Spannungen zu intensivieren.
Es wird mit so hohen Spannungen gearbeitet, daß die Bestrahlungszeit auf Sekunden
herabgesetzt werden kann. Die Nachbestrahlung wird mit Vorteil mit Wellen über ungefähr
12 m Länge vorgenommen.
Damit die bei der Bestrahlung, insbesondere
bei der länger andauernden Vorbestrahlung unter Umständen eintretenden Temperatursteigerungen
hintangehalten werden, wird das zu bestrahlende Gut während der Bestrahlung gekühlt.
Die Temperatur wird jedenfalls unter der Schädigungstemperatur gehalten. Als vorteilhaft
ergab sich, die Hefe z. B. durch entsprechend temperiertes Wasser auf Bruttemperatur
oder knapp darunter zu halten.
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Die geeigneten Bestrahlungsbedingungen sind durch probeweises Wählen
der Anzahl der aufeinanderfolgenden Überimpfungen bzw. Entwicklungen, der Anzahl
und der Dauer der Bestrahlungen, der Verteilung der Bestrahlungen auf die einzelnen
Abimpfungen, der Schichtdicke des zu bestrahlenden Gutes, der Ladungsverhältnisse
im Elektrolyten usw. festzustellen. Zur Feststellung der Spannung im Sekundärkreis
wird z. B. die Entfernung der Elektroden vom Bestrahlungsgut empirisch ermittelt.
Diese Ermittlung erfolgt ebenso wie die der geeigneten Wellenlänge und der übrigen
Bedingungen für die jeweils zur Verwendung kommende Apparatur. Es zeigte sich, daß
die Spannung durch verschiedene Maßnahmen erhöht werden kann. Die Erhöhung wird
z. B. . dadurch erreicht, daß man die Spannung im Primärkreis erhöht oder die Elektroden
in möglichst großer Entfernung voneinander anordnet. Der Entfernung der Elektroden
voneinander ist insofern ein Ziel gesetzt, als mit der Entfernung der Abfall der
Stromintensität Hand in Hand geht.
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Es wurde beobachtet, daß die angestrebte Wirkung dadurch erhöht werden
kann, daß eine Elektrode möglichst klein, d. h, so klein gewählt wird, daß der Elektrodendurchmesser
wesentlich geringer ist als der Querschnitt des zu bestrahlenden Gutes. Damit das
Gut aber in seiner ganzen, Ausdehnung der .Bestrahlung gleichmäßig ausgesetzt ist,
wird die andere Elektrode mindestens so groß gewählt, wie der Querschnitt des Gutes
ist. Die Bestrahlungswirkung kann auch gesteigert werden, wenn das zu bestrahlende
Gut asymmetrisch angeordnet, z. B. einer der beiden Elektroden möglichst nahe gebracht
wird, wobei zweckmäßig die andere Elektrode in so großer Entfernung von der ersterwähnten
Elektrode vorgesehen wird, wie dies angängig ist.
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In der Regel erfolgt die Bestrahlung des fließenden Gutes im Bereiche
eines kurzen Leitungsstückes. Zu dem entsprechenden Leitungsstück (Bestrahlungs-,
Durchlaufküvette) kann die Leitung selbst ausgebildet werden; es kann aber auch
ein eigenes Leitungsstück bzw. Gefäß in. die Leitung eingeschaltet werden. Es ist
von Vorteil, die Bestrahlungsküvette derart zu gestalten, daß sie senkrecht zur
Strömungsrichtung des fließenden Gutes gleichen Querschnitt aufweist und daß ihre
den Elektroden des Kurzwellensenders zugekehrten Wände parallel zueinander verlaufen.
Andernfalls würden die zwischen den Elektroden durchfließenden Gärungserreger nicht
in gleicher Schichtdicke der Bestrahlung ausgesetzt werden, wodurch unregelmäßige
Ergebnisse bewirkt werden würden. Würde die Küvette aus irgendeinem Grunde anders
gestaltet werden müssen, so könnte eine prismatische oder eine anders geformte,
aber den im vorstehenden in bezug auf die Form der Küvette angegebenen Erfordernissen
entsprechende Wanne um sie herum angeordnet werden. Die demnach mindestens zwei
parallele, mit den Elektroden des Kurzwellensenders verbundene Wände aufweisende
Wanne wird mit einer Flüssigkeit gefüllt, deren Dielektrizitätskonstante der Dielektrizitätskonstante
des zu bestrahlenden Gutes möglichst gleich ist.
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Es ist zweckmäßig, die Bestrahlung fließenden Gutes vorzunehmen, während
das Gut von einem Gefäß in das andere fließt. Die Bestrahlungszeit kann durch Änderung
der Strömungsgeschwindigkeit und bzw. oder durch Verwendung von Durchlaufküvetten
verschiedenen Querschnittes verändert werden.
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Auf der Zeichnung ist in den Abb. z und 2 eine beispielsweise Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Es zeigen die Abb. z eine Durchlaufküvette
in Seiten- und die Abb. 2 in Aufsicht. In Abb. 3 ist schematisch gezeigt, wie die
Küvette in einem aus zwei Vorgärbottichen und einem Hauptgärbottich bestehenden
Gärungsbetriebe angeordnet ist.
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Die Küvette besteht aus einem prismatischen Teil z und zwei konisch
gestalteten Enden 2. Parallel zu den breiteren Flächen des Teiles r sind die Elektroden
3 angeordnet. An die Enden 2 sind die Leitungsrohre q. angeschlossen. Die Küvette
wird zweckmäßig derart vorgesehen, daß die durchströmende Flüssigkeit von unten
nach oben steigt. Diese Anordnung ist durch die Forderung bedingt, daß die Flüssigkeit
das Bestrahlungsfeld gleichmäßig und ohne Wirbel durchfließen soll. Es empfiehlt
sich außerdem, die Küvette länglich zu gestalten und jenen Teil, durch den die Flüssigkeit
in das Kondensatorfeld geführt wird, derart auszubilden, daß er sich langsam erweitert.
Die Formgebung am oberen Ende der dargestellten Küvette ist dadurch bedingt, daß
das Bestrahlungsgefäß an ein Rohr angeschlossen werden muß, das die gleichen Dimensionen
aufweist wie das am unteren Ende angeschlossene Rohr.
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Der Ort der Anbringung der Bestrahlungsküvette im Betriebe ergibt
sich aus den jeweiligen Verhältnissen und der jeweiligen Arbeitsweise. Bei der Preßhefegewinnung
kann die Küvette in der von einem Hefeauflösebottich zu einem Gärbottich führenden
oder in einer
besonderen Leitung, durch die die gärende Maische
fließt, eingebaut werden. Bei der Erzeugung von Aceton und Butanol wird die Küvette,
wie in Abb. 3 beispielsweise gezeigt ist, in die Leitung 5 eingebaut, die von den
Vorgärbottichen 6 in den Hauptgärbottich 7 führt. Bei der gezeigten Anordnung durchläuft
die gesamte Vorgärmen.ge die Küvette.
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Die Durchlaufküvetten werden aus einem Werkstoff hergestellt, der
die zur Verwendung kommenden elektromagnetischen Wellen möglichst verlustfrei durchläßt.
Es kommen Glas, keramische Stoffe oder für diese Zwecke erzeugte besondere Stoffe
in Betracht.
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Ausführungsbeispiel z Melasse von 8 ° Balling, die die entsprechenden
Nährzusätze enthielt, wurde in einem Reagensgefäße mit Reinzuchthefe beimpft. Das
Gefäß wurde im Kondensatorfeld eines Kurzwellensenders von 1,5 kW Leistung bestrahlt.
Die Bestrahlung wurde mit der 4-m-Welle dreimal täglich je 2o Minuten hindurch bei
solcher Einstellung der Heizspannung, der Anodenspannung und der Gittervorspannung
durchgeführt, daß die maximale Intensität erzielt wurde. Das Gefäß befand sich während
der Bestrahlung in einer prismatischen Kühlwanne von ungefähr 2 1 Inhalt. Eine der
Elektroden mit iio mm Durchmesser war in der Entfernung von ungefähr i/2 cm von
der Kühlwanne angeordnet, während die andere Elektrode mit einem Durchmesser von
40 mm von der ersterwähnten Elektrode 6o cm entfernt war. Die Kühlung wurde derart
vorgenommen, daß im Inneren des Gefäßes eine Temperatur von 7,8' C aufrecht
blieb. Sein Inhalt wurde nach der Bestrahlung in einen Kolben von 300 ccm
Inhalt auf frischen gleichen Nährboden gebracht, worauf der Kolben unter den gleichen
Bedingungen wie oben bestrahlt wurde. Nachher wurde die Überimpfung in ein. Glasgefäß
von 51 Inhalt vorgenommen und noch einmal bestrahlt. Bei der letzteren Bestrahlung
war die verwendete Kühlwanne entsprechend größer; die nahe der Wanne vorgesehene
Elektrode hatte einen Durchmesser von 2io mm; im übrigen waren die Bedingungen die
gleichen wie vorher. Die im Glasgefäß bestrahlte Hefesuspension wurde nach 24 Stunden
in eine Reinzuchtapparatur gebracht und auf gleichfalls übliche Weise bis zur Gewinnung
der dritten Betriebsgeneration vermehrt, ohne daß noch einmal bestrahlt wurde. Die
Anstellhefe für die vierte Generation wurde unter Verwendung des gleichen Senders
mit der i5-m-Welle bei der für diesen Sender gefundenen Intensität von 28o Milliampere
Anodenstromstärke in einer Durchlaufküvette bestrahlt. Zur Verwendung gelangten
Elektroden von 25 cm Durchmesser, die in einer Entfernung von 36 cm voneinander
angeordnet waren. Die Bestrahlungszeit war derart bemessen, daß die Teilchen das
Kondensatorfeld in 3o Sekunden passierten. Die Anstellhefe für die fünfte Generation
wurde bei einer Intensität von nur Zoo Milliampere Anodenstromstärke kürzere Zeit
hindurch (die Teilchen passierten das Feld in g Sekunden), sonst aber unter den
gleichen Bedingungen wie die Anstellhefe für die vierte Generation bestrahlt. Ausbeutebestimmungen
ergaben in der fünften Generation im Vergleich zu einer nicht bestrahlten, im übrigen
aber gleich hergestellten Hefe eine um io°/o erhöhte Ausbeute. Die Triebkraft der
bestrahlten Hefe erschien um 5 Minuten verbessert. Ausführungsbeispiel 2 Es wurde,
von dem Unterschied, daß die Gärzeit in der fünften Generation im Vergleich zur
normalen Gärzeit um 3 Stunden verkürzt wurde, abgesehen, wie in Beispiel i gearbeitet.
Es ergab sich, daß die Ausbeute trotz der Verkürzung der Gärzeit die gleiche war
wie bei einer parallel, aber ohne Bestrahlung und in normaler Gärzeit erzeugten
Hefe. Überdies zeigte sich, daß die Triebkraft um 15 Minuten verkürzt war. Ausführungsbeispiel
3 Im Kondensatorfeld eines Kurzwellensenders wurde Clostridium butyricum in einem
Gefäße bestrahlt. Die bestrahlten Organismen wurden hintereinander zweimal übergeimpft;
die durch Überimpfung erhaltenen beiden Abimpfungen wurden unter den gleichen Bedingungen
wie die Ausgangsorganismen, also wieder im Gefäße, bestrahlt. Die letztere der zwei
Abimpfungen wurde auf die Vorgär übergeimpft. Die Maische der Vorgär (dritte Abimpfung)
wurde in, einer Durchlaufröhre bestrahlt, die in, der vom Vorgärzum Hauptgärbottich
führenden Leitung eingebaut war. Die nach durchgeführter Hauptgärung vorgenommenen
Ausbeutebestimmungen ergaben im Vergleich zu den Bestimmungen bei einem ohne Bestrahlungen
vorgenommenen Kontrollversuch um ungefähr 4°/o höhere Ausbeuten.