ES2165553T5 - Sistema de fermentacion movido por gas. - Google Patents

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Abstract

SISTEMA DE FERMENTACION ACTIVADO POR GAS SEGUN EL CUAL UN GAS, TAL COMO EL AIRE, SE HACE PASAR DE MANERA HETEROGENEA EN SENTIDO ASCENDENTE A TRAVES DEL CALDO DE FERMENTACION PARA AGITAR Y RECIRCULAR EL CALDO, APORTAR OXIGENO PARA LA FERMENTACION Y ELIMINAR DIOXIDO DE CARBONO; UN SEGUNDO GAS, TAL COMO EL OXIGENO, SE HACE CIRCULAR DE FORMA HOMOGENEA EN SENTIDO ASCENDENTE A TRAVES DEL CALDO CERCA DEL FLUJO HETEROGENEO DE AIRE PARA APORTAR MAS OXIGENO PARA LA FERMENTACION.

Description

Sistema de fermentación movido por gas.
Campo técnico
Este invento se refiere de manera general a un método para llevar cabo una fermentación y de manera más particular a métodos de fermentación movidos por un gas inyectado tal como el aire.
Antecedentes
La fermentación es un cambio químico producido por un organismo vivo o enzima, como las bacterias o los microorganismos que aparecen en las plantas unicelulares, que incluye la descomposición aerobia de hidrocarburos para obtener un producto deseado junto con dióxido de carbono. El oxígeno para la fermentación procede generalmente del suministro de aire al caldo de la fermentación y está contenido dentro de un recipiente de fermentación. Los sistemas de fermentación se utilizan para la producción de una gran cantidad de productos como antibióticos, vacunas, biopolímeros sintéticos, aminoácidos sintéticos y proteínas comestibles.
Es importante que los contenidos dentro del recipiente de fermentación estén en movimiento para asegurar la suficiente absorción de oxígeno, la distribución adecuada de los nutrientes y la progresión continua de la reacción de fermentación para alcanzar un buen rendimiento del producto. Generalmente, este movimiento o agitación es proporcionado por un sistema mecánico de agitación. Los sistemas mecánicos de agitación son complicados, costosos y propensos a la rotura, especialmente porque, cuando se desarrolla el proceso de fermentación, el producto se va formando en el interior del recipiente de fermentación y el espesor o viscosidad del caldo de fermentación aumenta.
En respuesta a tales problemas con fermentadores mecánicamente agitados, se han desarrollado fermentadores movidos por gas en los cuales el movimiento requerido del caldo se produce mediante burbujas ascendentes del gas introducido en el recipiente de fermentación para proporcionar el oxígeno para la fermentación. Dado que este gas es normalmente el aire, este tipo de fermentadores movidos por gas se denominan comúnmente fermentadores de aire ascendente o biorreactores de aire ascendente. Este tipo de dispositivos se denominan también columnas burbujeantes. El aire provoca que el caldo se eleve en una zona del recipiente y descienda en otra zona del recipiente para formar una corriente de recirculación del caldo dentro del recipiente de fermentación.
Se necesitan grandes volúmenes de aire para agitar de manera efectiva un tamaño comercial de fermentador de aire ascendente o columna burbujeante cuya altura puede ser de 15,2 a 30,5 m (50 a 100 pies) o más. Cuando las burbujas de aire suben en la columna burbujeante se unen por colescencia formando burbujas de mayor tamaño. La coalescencia es rápida a causa del gran volumen de aire inyectado en la columna burbujeante. La velocidad de elevación del gas aumenta con el tamaño de las burbujas al igual que con la altura de la columna burbujeante. Este hecho aumenta la acción de ascensión y la turbulencia dentro del recipiente. La violenta agitación causada por la rápida elevación del gran volumen de burbujas de aire se denomina flujo heterogéneo. Este flujo heterogéneo no sólo aumenta la acción de elevación en el interior del recipiente sino que también sirve para favorecer la separación de dióxido de carbono, el cual se genera en la fermentación, fuera del caldo, lo que aumenta la tasa de fermentación.
Aunque los fermentadores de aire ascendente han sido muy ventajosos para usos como las industrias farmacéutica y química fina, pueden provocar problemas de producción causados por la falta de oxígeno de la reacción de fermentación, especialmente con el uso de agentes biológicos más activos que requieren mucho oxígeno. Existen limitaciones prácticas en cuanto a la cantidad de aire que se puede añadir dentro de un bioreactor de aire ascendente sin expulsar completamente el contenido del reactor.
Con el fin de remediar este problema de producción, la industria se ha servido de la inyección de un gas oxigenado adicional o suplementario en el fermentador de aire ascendente para suministrar oxígeno adicional al caldo de fermentación. Para evitar que las burbujas del gas adicional se unan con las burbujas de aire lo que anularía el efecto de la inyección suplementaria, el gas adicional se inyecta al fermentador de aire ascendente a cierta distancia del punto donde se inyecta el aire. A menudo, este gas adicional es inyectado en el caldo de la fermentación en la zona de flujo descendente del recipiente para asegurar que se inyecte lejos de las burbujas de aire ascendentes. Sin embargo, este procedimiento reduce los efectos de la circulación dentro del recipiente debido a la acción de freno de las burbujas de gas adicional que intentan elevarse en el caldo de flujo descendente. Mientras que proporciona oxígeno adicional para la fermentación, este procedimiento reduce la acción de elevación y la acción de separación de dióxido de carbono que se necesitan también para obtener una alta producción.
En el documento EP-A-0 477 818 se describe un método para mejorar el enriquecimiento de oxígeno en un fermentador que comprende alimentar al fermentador por dos conductos separados con aire y con oxígeno adicional desde una fuente separada. La situación del punto de inyección de oxígeno se selecciona para que esté en una posición alejada del punto de inyección del aire con el fin de minimizar la mezcla y/o coalescencia de las burbujas de oxígeno con las burbujas de aire.
En los resúmenes de patentes de Japón, vol. 013, nº 107(C-576), se describe un método para aumentar el oxígeno en un tanque de fermentación que comprende el proporcionar medios para hacer circular un líquido por el tanque y alimentar oxígeno en una dirección opuesta al flujo de líquido circulante.
En vista de la anterior, un objeto de este invento es proporcionar un método mejorado de fermentación en el que un gas suplementario puede ser utilizado para proporcionar un oxígeno adicional a la fermentación.
Sumario del invento
El anterior y otros objetos, que serán comprendidos por el técnico en la materia al leer esta descripción, se alcanzan con el presente invento, un aspecto del cual es un método para realizar una fermentación como se define en la reivindicación 1.
En la acepción aquí utilizada, el término "flujo heterogéneo" significa un flujo que tiene una distribución no uniforme de burbujas de gas y está caracterizado por la presencia de grandes burbujas o aglomeración de burbujas. El flujo heterogéneo no se presenta con una velocidad superficial menor de 0,03 m/s.
En la acepción aquí utilizada, el término "flujo homogéneo" significa un flujo que tiene una distribución uniforme de burbujas de gas y una estrecha distribución del tamaño de las burbujas, en el que no se observa flujo descendente de gas/líquido. El flujo homogéneo no se presenta con una velocidad superficial mayor de 0,05 m/s.
En la acepción aquí utilizada, el término "parte inferior" significa la parte del recipiente de fermentación por debajo del punto central del recipiente de fermentación.
En la acepción aquí utilizada, el término "velocidad superficial" significa el cociente del flujo volumétrico de gas dividido por el área de la sección transversal del recipiente de fermentación o del tubo de aspiración si en el interior del recipiente de fermentación se utiliza un tubo de aspiración.
Breve descripción de los dibujos
Figura 1 es una representación estilizada en sección transversal de un sistema de fermentación.
Figura 2 es una vista en alzado simplificada de una sección transversal de una realización de un aparato de fermentación.
Figura 3 es una vista en planta de una realización de los inyectores útiles en la práctica de este invento.
Figura 4 es una vista en planta de otra realización de los inyectores útiles en la práctica de este invento.
Descripción detallada
El invento será escrito en detalle con referencia a los dibujos. Haciendo referencia ahora a la figura 1, el recipiente de fermentación 1 contiene un caldo que contiene como mínimo un constituyente capaz de sufrir fermentación para producir un producto. El caldo comprende generalmente agua, un nutriente o constituyente fermentable tal como jarabe de grano, melazas y glucosa, y un agente biológico tal como una bacteria, hongo y levadura. El caldo puede contener también aditivos tales como agentes antiespuma, nitratos, productos químicos reguladores del pH y similares. Los productos que pueden ser producidos por el sistema de fermentación de este invento incluyen los antibióticos tales como la penicilina, eritromicina y tetraciclina, productos químicos orgánicos tales como el etanol, el sorbitol y el citronelol, ácidos orgánicos tales como el ácido cítrico, el ácido tartárico y el ácido láctico, aminoácidos tales como la L-lisina y el glutamato monosódico, polisacáridos tales como la levadura de panadería y goma del xantano, vitaminas tales como el ácido ascórbico y la riboflavina, y otros productos que incluyen enzimas, insecticidas, alcaloides, hormonas, pigmentos, esteroides, vacunas, interferón e insulina.
Un primer gas que contiene oxígeno, el cual es general y preferiblemente el aire, es inyectado en el interior de la parte inferior del recipiente 1 a través del primer inyector 2. El gas asciende a través del recipiente 1 en un grupo de primeras burbujas 3. El primer gas que contiene oxígeno, denominado de aquí en adelante aire por conveniencia, asciende por el interior del recipiente 1 en un flujo heterogéneo, preferiblemente a una velocidad superficial mayor de 0,05 metros por segundo (m/sg). Generalmente el caudal de aire circulante por el interior del recipiente de fermentación 1 estará dentro del rango de 0,28 a 11,3 metros cúbicos estándar/litro.h (10 a 400 pies cúbicos estándar/litro.h) en donde litro se refiere al volumen del reactor o recipiente de fermentación. El flujo heterogéneo del aire unido al gran tamaño de las burbujas ascendentes de aire originan que el caldo ascienda por el interior del recipiente 1 como está representado por la flecha 4 que apunta hacia arriba. Cuando el caldo que asciende hacia arriba se aproxima a la parte alta del recipiente 1 cambia su curso y circula hacia abajo por el recipiente 1 como está representado por la flecha 5 que apunta hacia abajo en un modelo recirculante. El flujo de aire heterogéneo, turbulento, y el caldo recirculante se combinan para mejorar la transferencia de oxígeno desde el aire al caldo para mover la fermentación y para eliminar del caldo el dióxido de carbono generado en la fermentación.
El segundo gas que contiene oxígeno, que tiene una concentración de oxígeno que supera al primer gas que contiene oxígeno, es inyectado en el interior de la parte inferior del recipiente 1 a través de un segundo inyector 6. Preferiblemente el segundo gas que contiene oxígeno tiene una concentración de oxígeno de como mínimo 30 por ciento en moles, mas preferiblemente 80 por ciento en moles como mínimo. El segundo gas que contiene oxígeno puede ser también un oxígeno comercialmente puro teniendo una concentración de oxígeno de 99,5 por ciento moles o más. Por conveniencia, el segundo gas que contiene oxígeno será llamado también oxígeno desde ahora.
El oxígeno es inyectado en el interior del recipiente 1 próximo al punto en el que se inyecta el aire en el interior del recipiente 1. Esto es, el segundo inyector comunica con el interior del recipiente de fermentación 1 próximo a donde el primer inyector 2 comunica con el interior del recipiente 1. No se requiere el oxígeno para conseguir la acción de elevación y de separación y por consiguiente tiene un flujo homogéneo.
El oxígeno es inyectado en el interior del recipiente 1 a un caudal generalmente en el rango de entre 0,0028 a 0,566 metros cúbicos estándar/litro.h (0,1 a 20 pies cúbicos estándar/litro.h). El oxígeno asciende a través del recipiente 1 en un grupo de segundas burbujas 7 que son generalmente menores en diámetro y mayores en relación de área superficial a volumen que las primeras burbujas 3. Esto mejora la transferencia de oxígeno al interior del caldo. Las burbujas de oxígeno 7 ascienden a través del caldo en el interior del recipiente 1 con un flujo homogéneo, preferiblemente a una velocidad superficial menor de 0,03 m/s y menor que la velocidad superficial de las burbujas de aire 3 ascendentes. Un aspecto importante de este invento es que el segundo gas que contiene oxígeno no es suministrado dentro del caldo en el interior del recipiente de fermentación por una región en donde el caldo está fluyendo hacia abajo. Por el contrario, este segundo gas que contiene oxígeno es suministrado al interior del caldo por donde está ascendiendo.
Las burbujas de oxígeno 7 que están fluyendo hacia arriba fluyen junto a las burbujas de aire 3 pero, debido a la naturaleza homogénea de su flujo, no coalescen sustancialmente con las burbujas de aire. Por consiguiente una gran fracción del oxígeno en el interior de las pequeñas burbujas 7 sale fuera de las burbujas de oxígeno y pasa al interior del caldo para mover la fermentación. Se espera que desde aproximadamente el 25 al 75 por ciento del oxígeno necesitado para la fermentación es extraído de las burbujas de oxígeno proviniendo el resto de las burbujas de aire. Cuando las burbujas alcanzan la parte alta del reactor salen generalmente del reactor junto con dióxido de carbono separado y otros gases.
Mientras la reacción de fermentación progresa y el producto aumenta en el interior del recipiente de fermentación, la densidad o la viscosidad del caldo aumenta hasta 800 centipoise (cps) o más. El invento tiene una utilidad particular cuando la viscosidad del caldo pasa de 10 cps y especialmente cuando es de 100 cps como mínimo porque las diferencias en las características del flujo de gas, es decir flujo homogéneo frente a heterogéneo, es particularmente efectiva en el interior de un caldo como este de una viscosidad tan alta para mantener los dos grupos de burbujas de gas separados, sin coalescencia, como suben por el recipiente de fermentación. Generalmente el proceso de fermentación es un proceso agrupado y cuando se ha completado el proceso el producto es extraído del recipiente de fermentación, separado y generalmente procesado de nuevo.
Las figuras 2 y 3 ilustran una realización preferida de un aparato de fermentación útil en este invento. Los números en las figuras son los mismos para los elementos comunes. Refiriéndonos ahora a las figuras 2 y 3, el recipiente de fermentación 20 es una columna cilíndrica que tiene una altura o dimensión longitudinal generalmente dentro del rango de 3,05 a 30,5 metros (10 a 100 pies) y un diámetro generalmente dentro del rango de 0,3 a 5,1 metros (12 a 200 pulgadas). Si se desea, como está ilustrado en la figura 2, el recipiente de fermentación 20 puede contener un serpentín de refrigeración 21 alrededor de su periferia interior para mantener la temperatura del caldo fermentante dentro de los límites deseados. El recipiente de fermentación 20 está hecho generalmente de metal, tal como el acero inoxidable.
En la parte inferior de la columna del fermentador 20, debajo del serpentín de refrigeración 21, hay un difusor de aire 22 que comprende un anillo que tiene seis inyectores o toberas 23 equiespaciados y que comunica con una fuente de aire 24. El difusor de oxígeno 25 está colocado próximo al difusor 22, ligeramente por encima y en el interior de la circunferencia del difusor 22. El difusor 25 comprende un anillo que tiene doce inyectores o toberas 26 equiespaciados que son menores que las toberas 23, y que comunican con una fuente de gas que contiene oxígeno 27 que tiene una concentración de oxígeno del 30 por ciento en moles o más. El aire y el oxígeno son inyectados en el interior de la columna 20 a través de los difusores 22 y 25 respectivamente, y burbujean hacia arriba a través del caldo de fermentación contenido en el interior de la columna 20 de la forma previamente descrita.
La figura 4 presenta otra realización de los inyectores útiles en el invento en la que se inyecta el aire a través de una tobera simple central 30 y el oxígeno es inyectado a través del difusor 31, que es un anillo que rodea a la tobera 30. El difusor 31 está preferiblemente al mismo nivel que la tobera 30 aun cuando podría estar ligeramente por encima o por debajo del punto de inyección de la tobera 30. El difusor 31 comprende un anillo que tiene múltiples inyectores o toberas 32 equiespaciadas y comunica con una fuente de un gas que contiene oxígeno. Cada una de las toberas 32 son más pequeñas que la tobera 30 que comunica con una fuente de aire.
Como se ha mencionado, un importante aspecto de este invento es que el segundo inyector comunica con el interior del recipiente de fermentación próximo a donde el primer inyector comunica con el interior del recipiente de fermentación. Cuando el sistema inyector comprende unos anillos difusores concéntricos tales como los representados en la figura 3, esta próxima comunicación puede estar representada por r que está dentro del rango desde 0,25A hasta 0,5A, en donde r es el radio del anillo difusor de oxígeno y A es el radio del anillo difusor de aire. Cuando el sistema inyector comprende una tobera central de aire y un anillo difusor de oxígeno tal como está ilustrado en la figura 4, esta comunicación próxima puede ser representada por r estando dentro del rango desde 0,5R hasta 0,75R, donde r es el radio del anillo difusor de oxígeno y R es el radio del recipiente de fermentación.
Ahora, con el uso de este invento, se puede proporcionar efectivamente un oxígeno suplementario en el interior de un caldo de fermentación movido por un gas para mantener una alta tasa de fermentación e incrementar el rendimiento de producto sin impedimento en la acción de arrastre por el gas. Aun cuando el invento ha sido descrito en detalle con referencia a ciertas realizaciones preferidas, los expertos en la materia comprenderán que existen otras realizaciones del invento dentro del alcance de las reivindicaciones. Por ejemplo, el recipiente de fermentación útil en esta invención puede contener otras estructuras internas tales como bafles o un tubo de aspiración, es decir, un cilindro abierto por ambos extremos orientado longitudinalmente en el interior, y separado de ambos de arriba y de abajo, del recipiente de fermentación. Cuando se utiliza el tubo de aspiración se prefiere que los inyectores de gas estén situados de manera que tanto las burbujas de aire y también las burbujas de oxígeno fluyan hacia arriba por el interior del tubo de aspiración.

Claims (6)

1. Un método para realizar una fermentación que comprende:
(A) inyectar un primer gas que contiene oxígeno en un recipiente por un punto por debajo del punto medio del recipiente, conteniendo dicho recipiente un caldo que comprende un constituyente capaz de sufrir una fermentación;
(B) hacer pasar dicho primer gas que contiene oxígeno en un grupo de primeras burbujas hacia arriba a través del mencionado recipiente en un flujo heterogéneo que origina un flujo ascendente del mencionado caldo, teniendo dicho flujo heterogéneo una distribución no uniforme de burbujas de gas;
(C) inyectar un segundo gas que contiene oxígeno y que tiene una concentración de oxígeno superior a la del primer gas que contiene oxígeno en el recipiente por un punto por debajo del punto medio del recipiente y próximo al punto por donde el primer gas que contiene oxígeno es inyectado en el recipiente donde el caldo está ascendiendo, y hacer pasar dicho segundo gas que contiene oxígeno en un grupo de segundas burbujas hacia arriba a través del mencionado recipiente en un flujo homogéneo que tiene una distribución uniforme de las burbujas de gas; y
(D) utilizar el oxígeno tanto del primer gas que contiene oxígeno como del segundo gas que contiene oxígeno para realizar la fermentación del mencionado constituyente.
2. El método de la reivindicación 1, en el que el primer gas que contiene oxígeno es aire.
3. El método de la reivindicación 1, en el que el segundo gas que contiene oxígeno tiene una concentración en oxígeno de al menos 30 por ciento en moles.
4. El método de la reivindicación 1, en el que el flujo heterogéneo del primer gas que contiene oxígeno tiene una velocidad superficial, es decir, un cociente del flujo volumétrico del gas dividido por el área de la sección transversal del recipiente, mayor de 0,03 m/s.
5. El método de la reivindicación 1, en el que el flujo homogéneo del segundo gas que contiene oxígeno tiene una velocidad superficial, es decir, un cociente del flujo volumétrico del gas dividido por el área de la sección transversal del recipiente, menor de 0,05 m/s.
6. El método de la reivindicación 1, en el que el diámetro de las burbujas en el segundo grupo de burbujas es menor que el diámetro de las burbujas en el primer grupo de burbujas.
ES97115946T 1996-09-13 1997-09-12 Sistema de fermentacion movido por gas. Expired - Lifetime ES2165553T5 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US713328 1985-03-18
US08/713,328 US5798254A (en) 1996-09-13 1996-09-13 Gas driven fermentation method using two oxygen-containing gases

Publications (2)

Publication Number Publication Date
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ID19133A (id) * 1996-12-12 1998-06-18 Praxair Technology Inc Pengisian oksigen langsung kedalam reaktor-reaktor ruang gelembung
EP1123896B1 (en) 2000-02-10 2003-05-02 Praxair Technology, Inc. Method for producing high concentration carbon dioxide product
BR0114597B1 (pt) * 2000-10-19 2013-10-01 mÉtodo de cultivo de um micro-organismo sob condiÇÕes aeràbicas em um recipiente de fermentaÇço
US7048262B2 (en) * 2001-11-01 2006-05-23 Praxair Technology, Inc. Method and apparatus for injecting oxygen into fermentation processes
US7985574B2 (en) * 2004-02-17 2011-07-26 American Air Liquide, Inc. Oxygen-assisted fermentation process
US7841199B2 (en) * 2005-05-17 2010-11-30 American Power Conversion Corporation Cold aisle isolation
US20060275858A1 (en) * 2005-06-02 2006-12-07 Saucedo Victor M Optimization of Process Variables in Oxygen Enriched Fermentors Through Process Controls
US7718405B2 (en) * 2005-09-19 2010-05-18 American Air Liquide, Inc. Use of pure oxygen in viscous fermentation processes
EP2044190B1 (en) * 2006-06-16 2017-09-13 GE Healthcare Bio-Sciences Corp. Gas delivery configurations, foam control systems, and bag molding methods and articles for collapsible bag vessels and bioreactors
DE102009052670B4 (de) 2009-11-12 2017-10-05 Sartorius Stedim Biotech Gmbh Begasungsvorrichtung für Bioreaktoren
DE102010046989B4 (de) * 2010-09-30 2015-07-30 Sartorius Stedim Biotech Gmbh Begasungsvorrichtung für Bioreaktoren
US20210079334A1 (en) * 2018-01-30 2021-03-18 Genomatica, Inc. Fermentation systems and methods with substantially uniform volumetric uptake rate of a reactive gaseous component

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR764873A (fr) * 1932-09-09 1934-05-29 Maschb Ag Golzern Grimma Procédé et appareils destinés à aérer les moûts clairs ou moûts épais en fermentation au cours de la production de l'aéro-levure
US3054814A (en) * 1959-09-24 1962-09-18 Standard Oil Co Oxidation of hydrocarbon synthesis liquids
US3898959A (en) * 1970-07-27 1975-08-12 Mobil Oil Corp Process for the growth of hydrocarbon-consuming microorganisms
DE2251384A1 (de) * 1971-12-14 1973-06-20 Mobil Oil Corp Verfahren zum zuechten von aeroben mikroorganismen
CH587915A5 (es) * 1974-05-28 1977-05-13 Nestle Societe D Assistance Te
US4036699A (en) * 1976-02-02 1977-07-19 Phillips Petroleum Company Fermentation apparatus and method
GB2122333B (en) * 1982-06-15 1985-08-14 Rolls Royce Improvements in or relating to dual fuel burners for gas turbine engines
US4665027A (en) * 1983-11-03 1987-05-12 Bio-Process Innovation, Inc. Immobilized cell reactor-separator with simultaneous product separation and methods for design and use thereof
GB8527335D0 (en) * 1985-11-06 1985-12-11 Ici Plc Fermentation process
US4670397A (en) * 1986-02-05 1987-06-02 Phillips Petroleum Company Fermentation apparatus
JPS63283570A (ja) * 1987-05-15 1988-11-21 Daido Sanso Kk 発酵槽
DK157884C (da) * 1987-09-04 1990-07-23 Dansk Bioprotein Fremgangsmaade til fremstilling af mikroorganismecellemasse
US5356600A (en) * 1990-09-24 1994-10-18 Praxair Technology, Inc. Oxygen enrichment method and system

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