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Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung von Mikroorganismen und bzw.
oder Gärungserzeugnissen Bei den zur Erzeugung, von Mikroorganismen und bzw. oder
Gärungserzeugnissen dienenden Verfahren isst die Bildung des Schaumes in den gärenden
Flüssigkeiten; für den praktischen Betrieb sehr störend. Man sucht daher entweder
die Schaumbildung durch Zugabe von sog. Gärfetten zu bekämpfen oder schafft einen
entsprechenden Steigraum für den sich bildenden Schaum oder man verbindet diese
beiden Maßnahmen miteinander. Die im praktischen Betrieb oft schwankende Neigung
zur Schaumbildung macht jedoch eine ständige Überwachung der erwähnten Maßnahmen
erforderlich und führt zu einer meist reichlichen Verwendung von Gärfett. Ferner
hät man auch schon. Vorrichtungen, zur mechanischen Schaumzerstörung in Vorschlag
gebracht, ohne daß solche. jedoch Eingang in die Praxis gefunden haben, da sie an
die wechselnde Neigung der Gärflüssigkeiten zur Schaumbildung nicht genügend anpas@sungsfähig
und oft derart schwer zu reinigen waren, daß die Bildung von Infektionsherden häufig
nicht vermieden werden konnte.
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Dies weiteren hat man auch schon vorgeschlagen, die Gewinnung von
Hefe unter Belüftung und gleichzeitiger Kreislaufführung
der die
Hefe enthaltenden Gärflüssigkeit in der Weise vorzunehmen, daß die Gärflüssigkeit
durch senkrechte Scheidewände in zwei oder mehrere Zonen geteilt und nur
ein, Teil dieser Zonen belüftet wird und daß in dem so hervorgerufenen Kreislauf
die Hefenährstoffe allmählich an einer oder mehreren Stellen zweckmäßig in die ungelüftete
Zone zugeführt und gleichmäßig verteilt werden. Ein solches. Vorgehen arbeitet jedoch
in keiner Weise der Schaumbildung entgegen, da hierbei die überfließenden Anteile
stets wieder in den gleichen Behälter zurückgelangen und nur homogen-hefehaltige
Flüssigkeiten vom Boden des, Gefäßes aus diesem abgeleitet und dem Scheider zugeführt
«-erden.
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Sinngemäß das Gleiche gilt auch für einen weiteren bekannten Vorschlag,
mit mehreren hintereinandergeschalteten Gärgefäßen zu arbeiten und dabei die Flüssigkeit
aus einem Gefäß durch belüftete Steigrohre vom Boden des Gefäßes abzusaugen und
in das folgende Gefäß zu pumpen., da auch in solchem Fall die außerhalb des Steigrohresi
stehende Flüssigkeit und auch. die auf derselben ruhende Schaumdecke in dem Gefäß
verbleibt und nicht etwa zum folgenden Gefäß übertritt.
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Ferner 'ist ein Verfahren, zum Niederschlagen des Schaumes beim. Lufthefeverfahren
bekannt, bei welchem unter Verwendung eines Behälters, der mit dem Gärbottich verbunden..
ist und zum Auffangen des Schaumes und zum Zurückleiten. der aus dem Schaum sich
abscheidenden Flüssigkeit dient, dem aus dem offenen Gärbottich in den ebenfalls
offenen Behälter übertretenden Schaum geschmolzenes bzw. flüssiges Fett zugesetzt
wird. Hier wird die Flüssigkeit, nachdem der Schaum in. dem Überlaufzwischengefäß
zerstört worden ist, wieder in denn Gärbottich zurückgeführt und damit ebenso wie
bei dem vorerwähnten anderen bekannten Verfahren in ein und demselben Behälter weiter
dem Prozeß unterworfen.
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Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Abwickelung von Reaktionen zwischen
einer in einer Flüssigkeit gelösten Substanz und einem Gas verwandelt in einer mehrstufigen
Einrichtung die Flüssigkeit in Schaum, um große Berührungsflächen zwischen Gas und
Flüssigkeit zu schafften, und läßt dabei nur die der Reaktion bereits verstärkt
unterworfenen Schaumteile von einer Stufe der Schaumerzeugungseinrichtung nach zwischenzeitlicher
Zerstörung zur nächsten Stufe der Schaumerzeugungseinrichtungübertreten. Ein solches
Verfahren ist für biologische Prozesse unzweckmäßig., da die Diffusionswege der
Nährstoffe und Stoffwechselprodukte in den dünnen Schaumhäuten, in denen die Gärungs-Mikroorganismen
in verhältnismäßig unbeweglicher Flüssigkeit eingebettet liegen, zu lang werden.
Bei diesen biologischen Prozessen darf nicht ein dauerhafter Schaum erzeugt werden,
sondern es muß das Verfahren in möglichst turbulenter Flüssigkeit, aber nicht im
Schaum durchgeführt werden.
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Es soll deshalb für diese biologischen Verfahren nach der vorliegenden
Erfindung nicht Schaum gebildet werden, sondern .:s soll nur der während des Gärverfahrens
unverme idlieh entstehende Schaum erst nach Beendigung des Gärverfahrens, also zu
einer Zeit, in der nicht gleichzeitig neuer Schaum entsteht, zerstört werden und
im übrigen der Neigung der Gärflüssigkeit zur Schaumbildung durch Überlaufen des.
Schaumes in nachgeordnete Gefäße Rechnung getragen werden.
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Im Gegensatz hierzu wird erfindungsgemäß die Erzeugung von Mikroo@rganistnen
und bzw. oder Gärungserzeugnissen bei zulaufender Gärflüssigkeit und gegebenenfalls
gleichzeitiger Kreislaufführung der Gärflüssigkeit unter Beseitigung der durch die
Schaumbildung bedingten Schwierigkeit in der U'eise durchgeführt, daß der durch
die Gärung oder durch die Belüftung entstehende Schaum bzw. die schaumhaltige Flüssigkeit
oder Teile derselben zum Überlaufen in ein nachgeschaltetes Gefäß gebracht werden,
in welchem der Prozeß fortgesetzt oder der Schaum zerstört wird.
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Im Sinne der Erfindung wird also die Füllung der Gärgefäße von der
Neigung der Gärflüssigkeit zur Schaumbildung abhängig gemacht, indem von dem sich
bildenden Schaum bzw. der schaumhaltigen Flüssigkeit so viel über die Gefäßwand
bzw. über ein Wehr oder eine Überlauföffnung fließt, bis sich der für den jeweils
herrschenden Zustand des Schäumens notwendige Steigraum durch Verminderung der im
Gärgefäß. anwesenden Menge von Gärflüssigkeit gebildet hat.
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Besonders vorteilhaft wirkt sich das Vorgehen gemäß der Erfindung
bei einem Arbeiten unter kontinuierlichem Zulauf und kontinuierlichem Ablauf, der
Gärflüssigkeit aus, indem man die überfließende Gärflüssigkeit zunächst in einem
oder mehreren Gefäßen weiterbehandelt und dann den noch vorhandenen Schaum in einem
nachgeschaleeten Gefäß zerstört. Bei einem Arbeiten mit Einzelführungen: der Gärung
arbeitet man andererseits. mit besonderen Vorteilen derart, daß man mehrere Einzelführungen
zu einem Kreissystem zusammenschaltet und innerhalb desselben die überlaufende Flüssigkeit
mit den darin befindlichen Mikroorganismen zum Anstellen des biologischen Prozesses
in dem jeweils: nachgeordneten Gefäß dienen läßt.
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In den Abb. i und a der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform
einer Einrichteng
zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung
im Aufriß und in der D,raufisicht schematisch dargestellt. An Hand der Zeichnung
wird die. Erfindung an dem Beispiel. der Hefezüchtung mnit und ohne Alkoholbildung
in Verbindung mit dem Zulaufverfahren nachstehend im einzelnen noch näher erläutert.
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Die mit Belüftungsrohren am Boden versehenen Gefäße A, B, C,
D, E und F sind in ihren Oberteilen durch weite Überfallöffnun, ,gen 4, 5, 6, 7,
8, g miteinander verbunden. Die Öffnungen können. durch. Türen oder Deckel 3a, 3b,
15, 3d, 3" 3f verschlossen werden. Die Zulaufleitung i führt mit den
Abzweigen i", ib, i,, id, i, und if zu den Gefäßen. Die Ahlaufleitungen 2@a, 2'b,
2c, 2d, 2e
und 2f führen zu den Schleudern. Im dargestellten Zustand
befindet sich daß Gefäßi A im Zustand des sog. Ausreifens, d. h. die Zufuhr der
Gärflüssigkeit bei i" ist nach der genügenden Befüllung des Gefäßes abgestellt worden
und die noch vorhandenen Nährstoffe werden bei gegebenenfalls verminderter Belüftung
aufgebraucht. Nach Beendigung des Ausreifens wird die hefehaltige Würze bei 2, abgelassen
und die enthaltene Hefe wird abgetrennt. Beim Ausschleudern- oder schon dann, wenn
kein weiteresi Steigen des Schaumes eintritt, wird die Verbindung 4 durch den Deckel
3a geschlossen, damit nicht aus dem. noch in stark schäumendem Zustand befindlichen
Gefäß B Schaum mit unvollständig aufgebrauchten Nährstoffen nach dem Gefäß A zurückfließt.
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Das Gefäß B befindet sich bei der Füllung. Hier findet während des
Zuflusses neuer Nährstoffe und bei kräftiger Belüftung eine starke Schaumbildung
statt. Der entstehende Schaum fließt durch den Überlaufkanal 5 zum- Gefäß C, in
welchem der Zulauf der Nährlösung gerade begonnen hat und führt diesem Gefäß dabei
gleichzeitig die notwendige Hefe zum Anstellen zu. Das im Aufriß, nicht gezeichnete
Gefäß D, befindet. sich im gereinigten Zustand, um beim Übersteigen desi Schaumes
im Gefäß C über den Überlauf 6 diesen Schaum aufzunehmen. Es wird dann durch. Zuleiten
von frischer Gärflüssigkeit bei id ebenfalls in Betrieb' genommen. Das Gefäß E wird
.gereinigt. Die Überlaufkanäle nach den Gefäßen D und F sind durch die Deckel
3d und- 3f verschlossen. Das Gefäß. F, dessen Überlaufverbindungen nach
E
und A gleichfalls verschlossen sind, wird durch .den Ablauf 21 entleert.
Die Würze wird in den nicht dargestellten Schleudern von der Hefe getrennt. Die
abgetrennte Hefe kann geerntet oder ganz oder teilweise zum Anstellen von weiteren
Züchtungen in gleichen oder anderen Gefäßen verwendet werden, soweit nicht durch
den übertretenden Schaum, der normalerweise einen hohen Hefegehalt aufweist, die
notwendige Stellhefe im Kreislauferhalten bleibt.
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Die Ab@b. 3 stellt eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens
gemäß der Erfindung im vollkontinuierlichen Betrieb mit mehreren Gefäßen dar. Die
mit Belüftungs-.2inrich.tungen beliebiger Art versehenen Gefäße G, H und J sind
durch die Schaumüberläufe i2 und 13 miteinander verbunden. Vom Gefäß J führt
ein Überlauf 14 den Schaum in das Gefäßi K ohne Belüftung, in dem der Schaum zerfällt
und die hefehaltige Flüssigkeit durch das Sieb L und den Stutzen i i abfließt, -,vorauf
sie durch. Schleudern von der Hefe getrennt wird. Die abgetrennte Hefe wird zum
Teil geerntet und zum Teil dem ersten Gefäßt G wieder zugeleitet. An Stelle von
aus,geschleuderter Hefe kann auch frische Saathefe dem Gefäß G zugeführt werden.
Die frische Gärflüssigkeit fließt durch die Leitung io dem Gefäß G ständig zu. Infolge
der Belüftung und, der Gärtätigkeit entsteht Schaum, der, nachdem das Gefäß G bis
zur Höhe des Überlaufes 12 durch Würze und Schaum gefüllt ist, nach dem Gefäß H
niederfließt. Hier zerfällt er zum Teil und füllt das Gefäß so weit aus, bis die
Schaumdecke durch den Überfallkanal 13 nach dem Gefäß:J abfließt. Hier wiederholt
sich der gleiche Vorgang wie im Gefäß H. Der aus dem Gefäß ,J Überfließende Schaum
gelangt durch den Überlauf 14 in. das Gefäß: K, wo er zerfällt und von wo die aus
dem Schaum entstehende Flüssigkeit durch das Rohr i r. zum Separator fließt. Die
in die Gefäße H und J eingebauten, etwa bis unter die Höhe des weiterführenden Überlaufistutzens
reichenden Scheidewände S sollen ein unmittelbares *Weiterfließen des aus dem vorhergehenden
Gefäß: kommenden Schaumes in das folgende Gefäß verhindern. je nach dem Grade des
Schäum-ens der Gärflüssigkeit stellt sich in den Gefäßen G, H und J eine Aufteilung
des Gefäßinhaltes in Flüssigkeitsinhalt und Schaumfüllung selbsttätig ein, indem
so lange -Schaum, aus- jedem Gefäß in das nächste fließt, bis, mit der austretenden
Schaummenge eine gleiche Menge Gärflüssigkeit das jeweilige Gefäß verläßt, wie sie
bei io zufließt. Dabei kann der Flüssigkeitsspiegel unter der Schaumdecke in einem
Grenzfall bis in die Höhe der Belüftungseinrichtung sinken. Die neu 'eintretende
Gärflüssigkeit wind dann sofort in Schaum verwandelt und ein mengengleicher Teil
des im Gefäß befindlichen Schaumes fließt durch den Überlauf in das nächste Gefäß,
wo der Vorgang sich fortsetzt. Der andere Grenzfall ist die Schaumfreiheit der Gärflüssigkeit.
In diesem Fall füllt sich jedes Gefäß vollständig
mit Flüssigkeit
und diese tritt dann durch den Überlauf in das nächste Gefäß: Die Zufuhr der GärflüssiäIceit
bei io wird so geregelt, daß die X ährstoffe beim Ausfluß aus dem Gefäß I aufgebraucht
sind, so daß bei i i v-rb-raucht"Flüssigkeit abläuft. Im allgemeinen nimmt die Neigung
zur Schaumbildung mit dem Verbrauch der Nährstoffe ab. Es bilden sich in den Gefäßen-
H und T größere Anteile flüssiger Nährlösung als im ersten Gefäß G. Der Zerfall
des Schaumes im Gefäß K geht normalerweise auch ohne jede Zugabe von Fett oder ohne
mechanische Schaumzerstörung schnell genug vor sich, und zwar selbst bei verhältnismäßig
kleinen Ausmaßen des Gefäßes K. Es können jedoch in besonderen Fällen im Gefäß-
K auch alle bekannten Hilfsmittel zur Schaumzerstörung angewendet werden,
wobei trotzdem große Ersparnisse und Betriebsvorteile bestehen bleiben, weil, nur
der nach Beendigung der Behandlung verbleib@end-e Schaum zerstört werden muß. In
den Gefäßen G, H und J kann auf jeden Fall von. einer Schaumb.;kämpfung Abstand
genommen. werden.
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Das aus den Abb. i und 2 bzw. aus der Ab.b. 3 ersichtliche Verfahren
kann auch zur Bildung von Gärungserzeugnissen verwendet werden. Statt Luft wird
dann gegebenenfalls Kohlensäure oder ein anderes inertes Gas eingeblasen, um durch
div Rührwirkung des Gases die Hefe oder andere Mikroorganismen in, Susp"rtsion.
zu erhalten, oder es werden die Delüf,ungs.ein.richtung.en durch Rührwerke oder
durch Umpumpen: der Gärflüssigkeit ersetzt. Bei Gärverfahren zur Herstellung von
Gärungserzeugnissen unter möglichster Vermeidung einer Vermehrung der Mikroorganismen
werden zweckmäßig die aus der bei i i abfließenden. Gärflüssigkeit abgetrennten
1lilcroorganism@en dem Gefäß G wieder zugeführt. Statt der drei Gefäße G, H und
J können auch weniger oder mehr Gefäße angeordnet werden. Im Grenzfall: kann die
Anordnung aus den Gefäßen G und K bestehen.
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In Abb,4 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt,
die im folgenden an dem Beispiel der Herstellung von Hefe näher erläutert wird.
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Das zylindrische Gefäß ist durch Einbauten. in ringförmige Räume 11,1i,
1172; Ni, N2; 01,
O, und P geteilt. Die frische Gärflüssigkeit tritt bei 15
ein und wird durch die Belüftungseinrichtu.n.g 26 zunächst infolge der aufwärts
beschl°uniQenden Wirkung der eingeblasenen Luft im Kreislauf durch das System M1,
1141
L--wegt. Bei i6 kann gegebenenfalls Zusatzwasser zum Verdünnen
der bei 15 eintretend-.n Gärflüssigkeit und zum Regeln der Temperatur zugegeben
werden. Die im Ringraum 111i nach oben getriebene, in der Regel stark schäumende
Gärflüssigkeit fällt durch die Öffnung 17 in den Zentralraum 1I, und gelangt von
"hier durch die untere offene Vierbindung wieder nach dem Ringraum 1l1. Ein den
bei 15 und 16 frisch zugeleiteten Flüssigkeits@mengen entsprechender Teil der Gärflüssigkeit,
gegebenenfalls vollständig oder teilweise in Form von Schaum, fließt über den Überfall
18 nach dem Ringraum V.2, in welchem die durch die Belüftungseinrichtung 27 in den
Ringraum Ni nach ol,#.en getriebene Gärflüssigkeit kreist und mischt sich mit dieser.
Aus dem Kreislauf Ni, 1', tritt ein dem Zulauf 15 und 16 bzw. dem Überfall bei 18
entsprechender Anteil bei 20 nach dem Ringraum 02 über, während der andere Teil
der im Ringraum 1,'i aufwärtssteigenden Flüssigkeit bzw. des Schaumes durch den.
Spalt i9 nach dem Ringraum 1'2 übertritt und im Kreislauf Ni, :V, verbleibt. Im
Ringraum 01 treibt die bei 28 zugel-eitet° Luft die Flüssigkeit wieder nach oben
und zum Teil durch die Öffnung 2i wieder nach O,, Aus der Gärflüssigkeit im Kreislauf
01, Ö, fällt ein dein Zufluß bei 15 und 16 gleicher Teil bei 22 in den Raum P über,
wo noch vorhandener Schaum zerfällt. Bei 23 tritt die Flüssigkeit in einen Abscheider
D_ , aus welchem oben bei 2.I die Flüssigkeit, von einem Teil der Hefe befreit,
austritt, worauf sie in der Schleuder noch vollends hefefrei gemacht wird. Bei 25
kann ein hefereicher Bodensatz abgezogen werden. Je nach Art der vorhandenen Verunreinigungen
wird man von dem aus der bei 2.1 übergetretenen Lösung gewonnenen oder von dem tei
25 abgezogenen Hefeteil die gesamte @I@nae oder einen Teil in die Räume 11-71. :'1T2
wieder einleiten, soweit dort eine Ergänzung der Hefe zur Erhöhung der Konzentration
bzw. zur Erhaltung derselben erforderlich ist. Der Abscheider O kann auch fortfallen.
An Stelle des Ringraumes P kann ein besonderes Gefäß ähnlich dem. Gefäß K in Abb.
3 angeordnet werden. Die über den Spalten 17, i9 und 21 liegenden, Zwischenwände
können auch fortfallen. Sie dienen nur dazu, um das Weiterfließen von Schaum über
die einzelnen Ringräume hinweg zu verhindern. Die einzelnen Räume können statt ringförmig
auch beliebig anders zueinander angeordnet sein. An Stelle eines Gefäßes mit vielen
Ring' räumen. können auch mehrere: Einzelgefäße oder Gruppen von zwei Gärgefäßen
angewendet werden, in deren jedem bzw. zwischen denen die Gärflüssigkeit in einem
Kreislauf sich bewegt, so daß eine gewisse Ähnlichkeit mit Abb.3 entstellt. Die
Ausführungsform nach Abb. 4 kann in gleicher 'vVeise wie diejenige nach Abb.3 auch
zur Erzeugung von Gärungsprodukten
angewendet -,werden. Es gelten;
dann alle in dieser Beziehung zu Abb. 3 gemachten Ausführungen auch bezüglich Abb.
q,.
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Die Anwendung ist auch bei schwach schäumenden Flüssigkeiten möglich.
Dann treten an Stelle von reinem Schaum Gemische von, Flüssigkeit und Schaum oder
schaumfreie Flüssigkeiten durch die Überläufe q., 5, 6, 7, 8 und 9 in Abb. 1 und
2 bzw. 12, 13 und 14 in Abb. 3 bzw. 18, 2o und 22 in Abb. q. über.
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Die Hauptanwendungen bzw. die größten Vorteile des. neuen Verfahrens
ergeben. sich für schäumende und stark schäumende Flüssigkeiten, da hierbei Gärfett
oder sonstige Schaumbekämpfungsmittel und -vorrichtungen ganz entbehrt oder doch
nur noch stark beschränkt angewendet werden müssen.