FI89182C - Foerfarande och reaktioskaerl foer framstaellning av polysackarider, saerskilt xantan, genom fermentation - Google Patents

Foerfarande och reaktioskaerl foer framstaellning av polysackarider, saerskilt xantan, genom fermentation Download PDF

Info

Publication number
FI89182C
FI89182C FI872567A FI872567A FI89182C FI 89182 C FI89182 C FI 89182C FI 872567 A FI872567 A FI 872567A FI 872567 A FI872567 A FI 872567A FI 89182 C FI89182 C FI 89182C
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
reaction
flow
vessel
concentration
reaction vessel
Prior art date
Application number
FI872567A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI872567A (fi
FI89182B (fi
FI872567A0 (fi
Inventor
Nicolaas Marius Ger Oosterhuis
Kees Koerts
Original Assignee
Suiker Unie
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=19848146&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=FI89182(C) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Suiker Unie filed Critical Suiker Unie
Publication of FI872567A0 publication Critical patent/FI872567A0/fi
Publication of FI872567A publication Critical patent/FI872567A/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI89182B publication Critical patent/FI89182B/fi
Publication of FI89182C publication Critical patent/FI89182C/fi

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/04—Polysaccharides, i.e. compounds containing more than five saccharide radicals attached to each other by glycosidic bonds
    • C12P19/06—Xanthan, i.e. Xanthomonas-type heteropolysaccharides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/50—Circulation mixers, e.g. wherein at least part of the mixture is discharged from and reintroduced into a receptacle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0446—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical
    • B01J8/0449—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical in two or more cylindrical beds
    • B01J8/0453—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical in two or more cylindrical beds the beds being superimposed one above the other
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M27/00—Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
    • C12M27/18—Flow directing inserts
    • C12M27/20—Baffles; Ribs; Ribbons; Auger vanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M27/00—Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
    • C12M27/18—Flow directing inserts
    • C12M27/22—Perforated plates, discs or walls
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/30—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration
    • C12M41/32—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration of substances in solution
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/42—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of agitation speed
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S435/00—Chemistry: molecular biology and microbiology
    • Y10S435/818—Aeration or oxygen transfer technique
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S435/00—Chemistry: molecular biology and microbiology
    • Y10S435/8215—Microorganisms
    • Y10S435/822—Microorganisms using bacteria or actinomycetales
    • Y10S435/91—Xanthomonas

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

1 89182
Menetelmä ja reaktioastia polysakkaridien, erityisesti ksan-taanin valmistamiseksi fermentoimal1 a
Keksintö koskee ensinnäkin menetelmää polysakkaridien, erityisesti ksantaanin, valmistamiseksi fermentoimal1 a siten, että reaktioastiässä sekoitetaan keskenään vettä, ravinteiksi yhtä tai useampaa sokeria ja ravinnesuoloja sekä ymppinä sopivaa aerobista bakteeria, jotka toimivat reaktiokomponentteina, ja saatua seosta fermentoidaan tuomalla siihen happea sisältävää kaasua.
Polysakkarideja valmistetaan tavallisesti ns. sekoitussäi-liössä. On havaittu, että tällaista säiliötä käytettäessä esiintyy huomattavia kiertoajan vaihteluita eli se aika vaih-telee, joka pieneltä neste-elementiltä kuluu kulkemiseen se-koittimen vauhdittamana säiliön ympäri ja takaisin sekoitti-melle. Tällä vaihtelulla on epäsuotuisa vaikutus prosessin saantoon, koska nesteosaset, joilla on suhteellisen pieni kiertoaika, joutuvat käsittelylle alttiiksi suhteellisen ly-hyeksi ajaksi (epätäydellinen konversio), kun taas ne nesteosaset, joilla on pitkä kiertoaika, joutuvat käsittelylle alttiiksi liian pitkäksi aikaa. Viskositeetti kohoaa fermentoi nti prosessi n aikana ja tietystä viskosi teetti arvosta ylöspäin sekoitin saa aikaan pyörivän sylinterin ja muu osa pysyy oleellisesti ottaen paikoillaan. Sekoitussäiliötä käytettäessä esiintyy lisäksi suhteellisen korkea happipitoisuus se-koittimen kohdalla ja suhteellisen matala happipitoisuus säiliön seinämän lähellä. Nämä haitalliset ilmiöt voimistuvat, kun seoksen Teologiset ominaisuudet muuttuvat eli seos tulee viskoosisemmaksi. Jotta tästä huolimatta saavutettaisiin niin täydellinen konversio kuin mahdollista, tarvitaan usein paljon energiaa, joka käytetään pääasiassa sekoittamiseen. Vielä eräs ongelma, joka liittyy prosessin toteuttamiseen sekoitus-säiliössä on se, että laitteiston koon kasvattamiseen labora-toriomi ttakaavasta teol1isuusmittakaavaan liittyy suuri muutos prosessi olosuhteissa.
2 89182 Nämä haitat voidaan poistaa käyttämällä esijulkaisemattomassa EP-patenttihakemuksessa 85 201 863.9 selostettua menetelmää ja laitetta. Kyseisessä tapauksessa käytetään päättymätöntä kierrätysputkea, johon saadaan aikaan kiertävä tulppavirta, joka virta läpäisee joukon rivi sekoitti mi a. Rakenteen heikkoudesta johtuen tällainen kierrätysputki on suhteellisen kallis ja herkkä, koska seinäpintaa on suhteellisen paljon verrattuna sisällön määrään. Näin ollen investointi on suuri.
Keksinnön mukaisesti on nyt havaittu, että edellä mainitut sekoitussäi1iön haitat voidaan poistaa käyttämättä suhteellisen kallista ja herkkää kierrätysputkea ja eritysesti tuomalla reagoivat aineosat reaktiosäiliöön kiertovirtauksena, joka saadaan aikaan pumppausvälineen avulla, ja joka kiertovirtaus koostuu nousevasta virrasta ja laskevasta virrasta, jotka virrat on erotettu toisistaan yhden tai useamman reaktiosäi-liöön sijoitetun osaston avulla, ja sekoittuminen saadaan aikaan laskemalla nouseva virta ja/tai laskeva virta oleellisesti ottaen tulppavirran muodossa yhden tai useamman rivise-koi ttimen läpi.
Hyvin kohtuullisia tuloksia, jotka reippaasti ylittävät sekoi tussäΐ1iössä saadut tulokset, voidaan saavuttaa vakiokier-rätysnopeudel1 a. Kuitenkin on yleensä suotavaa mitata yhden reaktiokomponentin konsentraatio tai siitä johdettu arvo vähintään yhdessä kohdassa ja säätää reaktionopeutta kriittisen minimin ja maksimin välillä mainitun mittauksen perusteella prosessin kinetiikan pohjalta.
Entsymaattisen tai mikrobiologisen prosessin reaktionopeudella tarkoitetaan sitä nopeutta, jolla tietty kemiallisen konversion aste saavutetaan. Tämä voi olla tietty hapen absorp-tionopeus, karboksyy 1ihapon tuotantonopeus, lämmön tuotantono-peus, substraatin kulutusnopeus, tuotteen muodostumisnopeus
II
3 89182 tms. Yleensä pätee se, että reaktionopeus kasvaa jonkin reak- tiokomponentin tiettyyn konsentraatioon asti (c . . minimi, kriit- ), tämän jälkeen reaktionopeus pysyy enemmän tai vähemmän vakiona mainitun komponentin tiettyyn suurempaan konsentraati oon asti (c ) ja lopuksi reaktionopeus , , . maksimi, kriittinen laskee mainitun komponentin vielä suuremmissa konsentraa-tioissa. On selvää, että komponentin konsentraatio on edullista pitää kriittisen maksimi- ja kriittisen minimikonsent-raation välillä prosessin aikana. Käytettäessä säiliötä, jossa pidetään yllä tulppavirtaa mm. rivisekoittimi en avulla voidaan yhden tai useampien komponenttien pitoisuus pitää kriittisten arvojen välillä ohjaamalla reaktionopeutta yhden tai useampien konsentraatiomittausten avulla tai näistä johdettujen mittausten avulla. Erityisesti on sopiva säätää tulppavirtauksen virtausnopeutta yhden komponentin konsentraati omi ttauk sei 1 a tai -mittauksilla tai tästä tai näistä johdettujen arvojen avulla. Tämä virtausnopeus määrittelee itse asiassa eri reaktiokomponenttien välisen kontakti ajan, koska virtausnopeus määrittelee siirtoparametrit (kaasu-neste; neste-neste; kiinteä-neste).
On syytä huomata, että julkaistusta EP-patenttihakemuksesta 0 111 253 tunnetaan menetelmä kemiallisen reaktion, erityisesti biokemiallisen reaktion suorittamiseksi reaktioastiässä, joka on seinällä jaettu kahteen kammioon, mutta astiaan ei saada aikaan tulppavirtausta. Myöskään ei mainita rivisekoit-timia. Tästä huolimatta reaktiokomponentin, nimittäin reaktiota inhiboivan komponentin, pitoisuutta mitataan suoraan tai epäsuorasti ja mainitun mittauksen perusteella säädellään yhden tai useampien uusien komponenttien tuontia, jotta maksimi ei ylity.
Sen sijaan, että säädön kohteeksi valitaan tulppavirtauksen virtausnopeuden säätö, on säädön kohteeksi mahdollista valita substraatin syöttönopeus, joka on ravinteena käytetty reaktio-komponentti. Happi on tärkeä substraatti ksantaanin valmistuk- 4 89182 sessa. Tulos on se, että substraatin konsentraatio välittömästi staattisten sekoittlmien alavirrassa on kriittistä maksimiarvoa pienempi, kun taas välittömästi staattisten sekoit-timien ylävirrassa so. kiertoreitin päässä mainitun arvon pitää ylittää kriittinen minimiarvo. Reaktionopeutta voidaan säätää tuomalla enemmän tai vähemmän substraattia perustuen substraatin konsentraatiomittauksiin samalla, kun pidetään yllä huolellisesti valittua tulppavirran kierrätysnopeutta. Energiansäästöjen saavuttamiseksi on kuitenkin edullista säätää reaktionopeutta valitsemalla tuotava substraatti määrä huolellisesti ja säätämällä tulppavirtauksen nopeutta reak-tiokomponentin konsentraatiomittausten perusteella tai niistä johdetun arvon perusteella. Myöskään se mahdollisuus ei ole poissuljettu, että reaktionopeutta säädettäisiin säätelemällä tulppavirtauksen nopeutta ja reaktiokomponentin syöttöä samanaikaisesti .
Substraatin tuonti kohti en lukumäärällä ja staattisten sekoi-tuselementtien mitoituksella ja lukumäärällä mm. on myös vaikutusta prosessin kulkuun. Tietyssä laitteessa nämä kuitenkin ovat kiinteästi olemassa, joten niiden avulla ei yleensä voida suorittaa säätöä.
Keksinnön kannalta on oleellista, että sekä reaktorin optimointi että prosessi oiosuhteiden säätö määräytyvät reaktiokinetiikan peru steel 1 a.
Staattisten sekoitti mi en käytöllä on se etu, että kuluu suhteellisen vähän energiaa ja reaktioti1avuus voidaan pitää suhteellisen pienenä, koska neste liikkuu tulppavirtauksena.
Reaktiokomponentin konsentraation itsensä mittaamisen sijasta voidaan mitata siitä johdettu arvo, joista pH, hapen potentiaali, lämpötila tms. ovat sopivia prosessista riippuen.
5 89182
Keksintö koskee myös reaktioastiaa polysakkaridien, erityisesti ksantaanin valmistamiseksi fermentoimal1 a. Jotta keksinnön mukainen menetelmä saataisiin toteutetuksi, astia on jaettu yhdellä tai useammilla pystysuorΐ11 a seinämillä osastoihin, joissa virtaus tapahtuu ylöspäin tai alaspäin, ja vähintään yhteen mainituista osastoista on sijoitettu staattiset rivisekoittimet ja astian sisä- tai ulkopuolella on pump-pausväline, jolla saadaan aikaan astiaan kiertävä virtaus, joka koostuu nousevasta ja laskevasta virtauksesta.
Väliseinämä voi olla sylinterimäinen, jolloin astia on jaettu sylinterimäiseen osastoon ja rengasmaiseen osastoon.
Vielä eräs mahdollisuus on, että väliseinämät ovat suoria tai hieman taivutettuja.
Jotta prosessia voitaisiin säätää kriittisen minimireaktiono-peuden ja kriittisen maksimireaktionopeuden välillä, on reak-tioastiassa vähintään yksi mittauselementti yhden tai useamman reaktiokomponentin mittaamista varten tai siitä johdetun arvon mittaamista varten, ja laite sisältää myös säätövarus-teen pumpun nopeuden säätämiseksi mitatusta arvosta riippuen. Mielellään reaktioastia on varustettu vähintään yhdestä kohdasta mittauselementei11ä, jotka mittaavat oleellisesti reaktiokomponenti n oleellisen maksimikonsentration ja oleellisen mi nimikonsentraation tai näistä johdetun arvon.
Fermentointiväliaineen rakenteelliset ominaisuudet muuttuvat, erityisesti se muuttuu pseudoplasti seksi, kun aerobisten bakteerien avulla valmistetaan polysakkarideja. Joka tapauksessa tarvitaan pumppu viskoosi sik si tulleiden seosten kierrättämiseen. Valmistettaessa sellaisia mikrobiaalisiä polysakkarideja, joiden valmistuksen yhteydessä viskositeetti pysyy tietyn rajan alapuolella, kierto voidaan saada aikaan injektoimalla käytettyä substraattia, erityisesti kaasuseosta.
6 89182
Esillä olevan keksinnön tärkein etu on se, että samalla, kun reaktioastia on suhteellisen halpa ja vahva, on tuotteen saanto huomattavasti suurempi samalla energiankulutuksella kuin sekoitetussa astiassa. Sekoitettua astiaa käytettäessä pitää lopettaa siinä vaiheessa, kun tuotteen saanto on vielä suhteellisen pieni, koska viskositeetti on kohonnut liian korkeaksi. Tämä rajoitus esiintyy paljon vähäisemmässä määrin esillä olevan keksinnön mukaisessa menetelmässä.
Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettyjen reaktioastioi-den toteutustapoja selostetaan yksityiskohtaisemmin liitteenä olevien kuvioiden avulla.
Kuvioissa esitetyt, tavallista sylinterimuotoa olevat reak-tioastiat on tarkoitettu polysakkaridien, erityisesti ksan-taanin valmistukseen. Reaktiokomponentit ovat vesi, ravinteet, joihin sisältyvät yksi tai useampia sokereita sekä ravi nnesuol oja , ja ymppi, joka on sopiva aerobinen bakteeri, ksantaanin valmistuksessa Xanthomonas campestris. Näitä komponentteja sekoitetaan keskenään reaktioastiassa tietty aika, esimerkiksi 72 tuntia, tietyssä lämpötilassa, esimerkiksi o 30 C:ssa, ja tietyssä pH-arvossa, esimerkiksi pHrssa 7, ja samalla tuodaan ilmaa, jolloin seurauksena on polysakkaridin muodostuminen fermentaation tuloksena.
Reaktioastia ei ole tavallinen sekoitettu astia, vaan kussakin astiassa on yksi tai useampia väliseinämiä 1, jotka jakavat astian kammion useiksi aiakammioiksi, joissa saadaan aikaan kierto pumpun 2 avulla. Mainitut alakammiot muodostavat alueet nouseville ja laskeville virroille.
Kuvioihin piirretyt nuolet osoittavat, mihin alakammioon tuotetaan nouseva virtaus ja mihin laskeva virtaus. Vähintään yksi kunkin astian alakammio sisältää joukon staattisia rivi-sekoittimia 3, esimerkiksi sellaisia, joiden rakenne on selostettu NL-patenttihakemusjulkaisuissa 75.02953, 77.00090 li 7 89182 tai 80.04240. Mainitut sekoitti met 3 jakavat päävirran alavirtoihin, vaihtavat alavirtojen keskinäistä asemaa ja sen jälkeen yhdistävät alavirrat toisiinsa. Tarvittaessa voidaan kuhunkin astiaan liittää lämmitys- tai jäähdytysyksikkö pitä- o mään lämpötila halutussa arvossa (esimerkiksi 30 C:ssa).
Lämpöä saattaa myös vapautua fermentointi proses sin kuluessa. Tällainen lämmitys- tai jäähdytysyksikkö saattaa koostua esimerkiksi vaipasta, joka on varustettu lämmitys- tai jäähdy-tysväliaineen syöttö- ja poistoaukol1 a.
11mansyöttöaukko on kussakin astiassa merkitty numerolla 4 ja fermentoitumisen aikana syntyneen kaasuseoksen poistoaukko numerolla 5.
Kuviossa 1 on seinämä 1 sylinterimäinen. Kiertovirtauksen nouseva virta sijaitsee seinämän 1 sisällä ja laskeva virta on astian seinän ja väliseinämän 1 välisessä rengasmaisessa tilassa. Pumppu 2 sijaitsee astian ulkopuolella. Staattiset sekoittimet 3 sijaitsevat nousevassa virrassa. Niillä on kaksi toimintafunktiota. Ne sekoittavat nesteen aineosat keskenään nesteen virtaussuunnan poikittaissuunnassa ja ne disper-goivat kaasufaasin niin, että sekoittimissa esiintyvä aineensiirto kasvaa. Pumpun nopeus valitaan sellaiseksi, että tietyssä kiertoajassa saavutetaan riittävä aineensiirto.
Jotta laskeva virta saataisiin tasalaatuisemmaksi, voi astian seinän ja väliseinämän 1 välinen rengasmainen kammio olla varustettu esimerkiksi spiraalimaisella ohjaimella.
Kuvio 2 eroaa kuviosta 1 siinä suhteessa, että laskeva virta kulkee sylinterimäisen sisäkammion kautta, joka on varustettu staattisilla sekoittimi11 a, ja jota sisäkammiota rajoittaa seinämä 1, ja nouseva virta kulkee rengasmaisen kammion läpi.
β 89182
Kuvio 3 eroaa kuviosta 1 ja kuvio 4 eroaa kuviosta 2 siten, että kierrätyspumppu 2 on sijoitettu astian sisään.
Yksi ongelmista, joka liittyy pumpun valintaan, voi johtua siitä, että muodostunut polysakkaridi, esimerkiksi ksantaani, on pseudoplastinen. Tämän ongelman ratkaisemiseen sopii kes-kipakoispumppu, jossa on matomainen siipiratas, tai pumppu, jossa aksiaalinen ja keskipakoisvaikutus on yhdistetty toisiinsa.
Kuvio 5 esittää reaktioastiaa, joka on jaettu suoralla väliseinällä kahteen tavallisen kokoiseen osastoon. Suurempi osasto on varustettu staattisilla rivisekoittimi11a 3 ja se sisältää nousevan virtauksen toiminnan aikana.
Kuvio 6 eroaa kuviosta 5 siinä, että pumppu on reaktioastian ulkopuolella.
Kuvio 7 esittää toteutustapaa, jossa on kolme suoraa välisei-nämää yhdessä astian seinän 4 kanssa muodostavat alakammiot, joista kaksi on varattu nousevalle virralle ja kaksi laskevalle virralle. Nousevalle virralle tarkoitetut alakammiot on varustettu staattisilla rivisekoittimi11 a 3. Tässä saatetaan tarvita kaksi pumppua 2. Tämän toteutustavan etu on siinä, että korkeuden ja halkaisijan välinen suhde voi olla suhteellisen pieni.
Yleensä reaktorit toimivat eräperiaatteel1 a, mutta jotkin tyypit, erityisesti sellaiset, joissa staattisilla sekoitti-milla varustettu(tut) alakammio(t) on tarkoitettu nousevalle virralle, soveltuvat myös jatkuvatoimiseen reaktiokomponent-tien syöttöön ja poistoon.
Jotta reaktori saataisiin toimimaan keksinnön mukaisesti, se täytetään kokonaan reaktiokomponentei 11 a ja pumppu kytketään toimintaan ja ilmaa tuodaan aukon 1 kautta substraatiksi.
li 9 89182
Reaktiokomponenttien perusteellinen sekoittuminen tapahtuu staattisissa sekoittimissa. Aerobiset bakteerit kuluttavat komponentteja osittain, minkä seurauksena bakteerit lisääntyvät ja erittävät tuotetta. Ilmakehän happea käytetään substraattina ja aerobiset bakteerit kuluttavat mainittua happea. Sekoituksen jälkeen ylimääräinen kaasu erotetaan pois esimerkiksi neste-kaasuerottimessa. Erottunut kaasu poistetaan aukon 5 kautta.
Ainakin siihen osastoon, joka on varustettu staattisilla se-koittimilla, synnytetään tulppavirtaus. Myöskään sitä mahdollisuutta ei suljeta pois, että staattisten sekoittimien väliin sijoitetaan syöttöelementit, joilla voidaan syöttää reaktoriin tiettyjä komponentteja.
Oleellisen tärkeä on se seikka, että olosuhteet, joissa reaktio tapahtuu, voidaan optimoida reaktorin koosta riippumatta ja energiankulutus voidaan rajoittaa minimiin. Prosessin mittakaavan kasvattaminen helpottuu, koska prosessin kulku reaktorissa voidaan kuvata hyvin ja näin ollen mallintaa. Mikro-biaalisilla polysakkarideilla on se ominaisuus, että niillä on huomattava vaikutus väliaineen reologiaan. Nyt saavutetaan kaikissa tapauksissa energiansäästöä sekoitettuun astiaan verrattuna.
Polysakkarideja valmistettaessa voidaan myös saavuttaa hyviä tuloksia pitämällä kierrätysnopeutta vakiona. Edullista on kuitenkin mitata jonkin reaktiokomponentin konsentraatio tai siitä johdettu arvo yhdessä tai useammissa kohdissa ja säätää reaktionopeutta mainitun mittauksen perusteella. Kuviossa 1 on esitetty esimerkki siitä, kuinka säätöpiiri voitaisiin toteuttaa. Nousuosaston 1 yläpäähän on sijoitettu mittauselekt-rodi 6 ja laskuosaston 2 alapäähän on sijoitettu mittauselekt-rodi 7. Mainitut mittauselektrodit on yhdistetty säätöyk-sikköön 8, joka ohjaa pumppua 2 siten, että reaktionopeus asettuu kriittisen minimin ja kriittisen maksimin määrittele- 10 891 82 miin rajoihin. Tarkemmin sanottuna, mittauselektrodia 6 käytetään substraatin maksimikonsentraation määrittämiseen sekoittamisen jälkeen, kun taas mittauselektrodin 7 tarkoituksena on määrittää substraatin minimikonsentraati o. Jotta optimaalinen reaktionopeus saavutettaisiin, tulppavirtaus säädetään pumpun avulla niin, että substraatin konsentraatio laskee aina kriittisen maksimiarvon ja kriittisen minimiarvon välille. Tarkemmin sanottuna tämä tarkoittaa sitä, että mit-tauselektrodin 6 tulostaessa, että substraatin maksimikon-sentraatio asettuu kriittisen maksimiarvon yläpuolelle, pumpun nopeutta pienennetään, mutta jos mittauselektrodi 7 tulostaa, että substraatin minimikonsentraatio asettuu kriittisen minimin alapuolelle, pumpun nopeutta lisätään.
Mittauselektrodit mittaavat substraatin tai jonkin toisen reaktiokomponentin konsentraatiota tai antavat arvon, joka on mainitun konsentraation suora funktio. Tähän tarkoitukseen ovat prosessista riippumatta sopivaa mm. pH, hapen potentiaali, lämpötila ja paine.
Pumppua säädetään, jotta reaktion kulku saadaan optimaaliseksi. Myöskään sitä mahdollisuutta ei suljeta pois, että pumpun nopeus pidetään vakiona ja substraatin ja/tai muiden reaktio-komponenttien syöttöä säädellään konsentraatiomittausten tai niistä johdettujen arvojen perusteella. Injektio voi tapahtua useammissa kohdissa ja injektiokohtien lukumäärää voidaan vaihdella mainittujen mittausten pohjalta. Tuotteen poistono-peuden säätö on myös mahdollista.
Keksinnössä on oleellista se, että prosessi voidaan toteuttaa normaalissa, karkearakenteisessa ja suhteellisen halvassa reaktioastiassa, joka on jaettu vähintään yhdellä väliseinä-mällä aiakammioi hi n. Lisäksi on oleellista se, että alakam-mioihin synnytetään kiertovirtaus, joka koostuu nousevasta virtauksesta ja laskevasta virtauksesta, ja vähintään yksi mainituista virtauksista lasketaan tulppavirtauksen muodossa yhden tai useamman staattisen rivisekoittimen läpi.
li Π 89182
Esimerkki 1
Xanthomonas campestris ATCC 13951:tä kasvatetaan 48 tuntia 30°C:ssa tryptoni-glukoosi-hiivauuteagari11 a . Erillisen pesäkkeen sisältämää materiaalia siirretään pulloon, joka sisältää glukoosi-hiivauute-mal1asuuteliuosta, suspendoidaan ja o kasvatetaan 24 tuntia 30 C:ssa ravistellen. 1 1 näin saatua viljelmää siirretään 25 litraan fermentointi aiustaa, joka sisältää 4 paino-% glukoosi hiili lähteenä ja 0,5 paino-ϊ h i i-vauutetta orgaanisena typpi 1ähteenä. Magnesium!oneiksi lisätään 0,05 paino-ϊ MgSO . pH pidetään fermentoinnin aikana vä- 4
Iillä 6,5-7,5 lisäämällä 2N KOH-liuosta. Emäksisenä puskurina käytetään 0,2 paino-% K HPO . Tämä fermentointialusta sijoitettiin edellä kuvatun kai tai seen reakti oasti aan. Kiertoaika oli 8 minuuttia ja kiertonopeus 15 1/min. Lämpötila oli o 31 C ja ilmaa tuotiin 40 litraa minuutissa. Materiaalin kierrätystä jatkettiin 72 tuntia. Tällöin muodostui 5-6 paino- 3 % ksantaania ja energiaa kului 4 kW per m reaktori ti 1a- 3 vuutta. Tällä samalla energiantuonni11 a (4 kW/m ) fermen- tointi kestää 144 tuntia sekoitetussa astiassa (120 litran mittakaavassa). Tällöin tuotetta saadaan 3 paino-ί. Pilot- mittakaavassa tämä tuotteen konsentraatio saavutetaan tuomal- 3 la energiaa 4-5 kW/m 144 tunnissa sekoitettua astiaa käyttäen. Paljon pienempi konsentraatio, nimittäin 1,8-2,0 paino-%, saavutetaan tuomalla mainittu määrä energiaa 72 tunnissa.

Claims (9)

12 89 1 82
1. Menetelmä polysakkaridien, erityisesti ksantaanin, valmistamiseksi fermentoimal1 a siten, että reaktioastiassa sekoitetaan keskenään vettä, ravinteiksi yhtä tai useampaa sokeria sekä ravinnesuoloja sekä ympiksi sopivaa aerobista bakteeria, jotka toimivat reaktiokomponentteina, ja saatua seosta fermentoidaan tuomalla siihen ilmaa, tunnettu siitä, että reaktiokomponentit tuodaan rektioastiaan pumppausvarus-teella aikaansaadun kierrätysvirran muodossa, joka kierrätys-virta koostuu nousevasta virrasta ja laskevasta virrasta, jotka virrat on erotettu toisistaan reaktioastian sisään sijoitetulla yhdellä tai useammalla väliseinämäl1ä, ja sekoittuminen saadaan aikaan laskemalla nouseva ja/tai laskeva virta oleellisesti ottaen tulppavirran muodossa yhden tai useamman staattisen rivisekoittimen läpi.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jonkin reaktiokomponentin konsentraatio tai siitä johdettu arvo mitataan vähintään yhdessä kohdassa ja reaktio-nopeutta säädellään kriittisen minimin ja kriittisen maksimin välillä mainitun mittauksen pohjalta prosessin kinetiikan mukaan.
3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reaktionopeutta säädellään säätämällä tulppavirtauk-sen virtausnopeutta kierrätysputkessa.
4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reaktionopeutta säädellään säätämällä reaktiokompo-nenttien tuontia kierrätysputkeen.
5. Reaktioastia polysakkaridien, erityisesti ksantaanin, valmistamiseksi fermentoimal1 a, tunnettu siitä, että astia on jaettu yhdellä tai useammalla oleellisesti ottaen pystysuoralla väliseinä mä 11ä laskevan ja nousevan virtauksen osastoihin, vähintään yhteen mainituista osastoista on sijoitettu I: 13 891 82 staattiset rivisekoittimet ja reaktioastian ulkopuolelle on sijoitettu pumppu, jolla reaktioastiaan saadaan aikaan kier-tovirtaus, jossa on nouseva ja laskeva virta.
6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen reaktioastia, tunnettu siitä, että väliseinämä on sylinterimäinen ja astia on jaettu sylinterimäiseen osastoon ja rengasmaiseen osastoon.
7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen reaktioastia, tunnettu siitä, että väliseinämä tai väliseinämät ovat suoria tai hieman taivutettuja.
8. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 5, 6 tai 7 mukainen reaktioastia, tunnettu siitä, että reaktioastiassa on vähintään yksi mittauselementti yhden tai useamman reaktiokom-ponentin konsentraation tai siitä tai niistä johdettujen arvojen mittaamista varten ja säätelyvarusteella säädetään pumpun nopeutta mitatusta arvosta riippuen.
9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen reaktioastia, tunnettu siitä, että reaktori on varustettu mittauselementei11ä, jotka mittaavat vähintään yhdestä kohdasta jonkin reaktiokomponen-tin oleellisen maksimikonsentraation tai tästä johdetun arvon ja vähintään yhdestä muusta kohdasta saman reakti okomponentin oleellisen mi nimikonsentraation tai tästä johdetun arvon. 14 8 91 82
FI872567A 1986-06-09 1987-06-08 Foerfarande och reaktioskaerl foer framstaellning av polysackarider, saerskilt xantan, genom fermentation FI89182C (fi)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL8601495 1986-06-09
NL8601495A NL8601495A (nl) 1986-06-09 1986-06-09 Werkwijze en reactorvat voor de fermentatiebereiding van polysacchariden, in het bijzonder xanthaan.

Publications (4)

Publication Number Publication Date
FI872567A0 FI872567A0 (fi) 1987-06-08
FI872567A FI872567A (fi) 1987-12-10
FI89182B FI89182B (fi) 1993-05-14
FI89182C true FI89182C (fi) 1993-08-25

Family

ID=19848146

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI872567A FI89182C (fi) 1986-06-09 1987-06-08 Foerfarande och reaktioskaerl foer framstaellning av polysackarider, saerskilt xantan, genom fermentation

Country Status (15)

Country Link
US (1) US4891318A (fi)
EP (1) EP0249288B1 (fi)
JP (1) JPS6356296A (fi)
AT (1) ATE75260T1 (fi)
AU (1) AU603578B2 (fi)
CA (1) CA1313159C (fi)
DE (1) DE3778428D1 (fi)
DK (1) DK287887A (fi)
ES (1) ES2031117T3 (fi)
FI (1) FI89182C (fi)
GR (1) GR3004806T3 (fi)
IE (1) IE60231B1 (fi)
NL (1) NL8601495A (fi)
NO (1) NO168255C (fi)
NZ (1) NZ220606A (fi)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3834443A1 (de) * 1988-10-10 1990-04-12 Biotechnolog Forschung Gmbh Verfahren zur fermentativen herstellung exozellulaerer polysaccharide in blasensaeulen
AT394576B (de) * 1991-01-16 1992-05-11 Vogelbusch Gmbh Reaktor zur durchfuehrung biologischer reaktionen mittels biokatalysatoren
EP0549230B1 (en) * 1991-12-20 1997-08-27 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Process for preparation of purified xanthan gum
EP0698662B1 (en) 1994-07-26 2001-06-06 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Apparatus and method for the production of xanthan gum
GB9611635D0 (en) * 1996-06-04 1996-08-07 Toja Amsterdam Bv Managing waste effluents etc.
US20020097634A1 (en) * 2001-01-24 2002-07-25 Pilkington Phyllis Heather Gas lift bio-reactor designs
US8354069B2 (en) 2005-03-08 2013-01-15 Authentix, Inc. Plug flow system for identification and authentication of markers
ATE541640T1 (de) * 2005-03-08 2012-02-15 Authentix Inc Verwendung einer mikrofluidischen vorrichtung zur identifikation, quantifizierung und authentifizierung latenter marker
US10682586B2 (en) 2017-10-03 2020-06-16 Quinton Downe Devices, systems and methods for capturing energy in distilling operations

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3616260A (en) * 1969-02-20 1971-10-26 Process Engineering Co Fermentation process and apparatus
US3915807A (en) * 1972-09-27 1975-10-28 Valery Ivanovich Boiko Apparatus for cultivating microorganisms
CH578618A5 (fi) * 1973-08-30 1976-08-13 Mueller Hans Maennedorf
CH578369A5 (fi) 1974-05-10 1976-08-13 Sulzer Ag
US3957585A (en) * 1975-01-30 1976-05-18 Phillips Petroleum Company Method for conducting fermentation
US4019962A (en) * 1975-08-11 1977-04-26 Standard Oil Company (Indiana) Apparatus for aerobic fermentation
US4665833A (en) * 1976-11-03 1987-05-19 Fleishman Herman B Miniature electric track and train
CH611178A5 (en) 1976-12-03 1979-05-31 Sulzer Ag Process for manufacturing a stack for a static mixing device
US4207180A (en) * 1979-01-11 1980-06-10 Chang Shih Chih Gas-liquid reaction method and apparatus
US4251633A (en) * 1979-06-11 1981-02-17 Orlowski David C Multi-stage continuous system for production of heteropolysaccharides
CH642564A5 (de) 1979-10-26 1984-04-30 Sulzer Ag Statische mischvorrichtung.
DE3245312A1 (de) * 1982-12-08 1984-06-14 Hoechst Ag, 6230 Frankfurt Verfahren zum durchfuehren (bio-)chemischer reaktionen
IE58568B1 (en) 1984-11-15 1993-10-06 Suiker Unie Method and device for the carrying out of a microbiological or enzymatic process

Also Published As

Publication number Publication date
FI872567A (fi) 1987-12-10
NO168255C (no) 1992-01-29
EP0249288A3 (en) 1988-11-02
IE60231B1 (en) 1994-06-15
NO168255B (no) 1991-10-21
GR3004806T3 (fi) 1993-04-28
JPS6356296A (ja) 1988-03-10
US4891318A (en) 1990-01-02
ATE75260T1 (de) 1992-05-15
ES2031117T3 (es) 1992-12-01
IE871518L (en) 1987-12-09
DK287887D0 (da) 1987-06-04
NZ220606A (en) 1990-04-26
DE3778428D1 (de) 1992-05-27
FI89182B (fi) 1993-05-14
AU603578B2 (en) 1990-11-22
EP0249288B1 (en) 1992-04-22
DK287887A (da) 1987-12-10
NO872398L (no) 1987-12-10
AU7366987A (en) 1987-12-10
EP0249288A2 (en) 1987-12-16
NO872398D0 (no) 1987-06-09
CA1313159C (en) 1993-01-26
FI872567A0 (fi) 1987-06-08
NL8601495A (nl) 1988-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI85983B (fi) Foerfarande och apparatur foer utfoerande av en mikrobiologisk eller enzymatisk process.
EP1183326B1 (en) U-shape and/or nozzle-u-loop fermentor and method of carrying out a fermentation process
US4426450A (en) Fermentation process and apparatus
Chisti et al. Airlift reactors: characteristics, applications and design considerations
JP2005538684A (ja) ガススパージングされる反応を実施するための方法および装置
FI89182C (fi) Foerfarande och reaktioskaerl foer framstaellning av polysackarider, saerskilt xantan, genom fermentation
JP2022536668A (ja) 発酵方法を制御するための方法
SU967278A3 (ru) Способ контактировани газа и жидкости и устройство дл его осуществлени
Yoshida Aeration and mixing in fermentation
ČIč et al. Mass transfer in aerated fermentation broths in a stirred tank reactor
Galaction et al. Evaluation and modeling of the aerobic stirred bioreactor performances for fungus broths
Boodhoo et al. Intensification of gas–liquid mass transfer using a rotating bed of porous packings for application to an E. coli batch fermentation process
Maclean et al. Oxygen transfer and axial dispersion in an aeration tower containing static mixers
Głuszcz et al. Cultivation of Aspergillus niger in a pilot plant external-loop air-lift bioreactor
Özbaş et al. Oxygen transfer kinetics of riboflavin fermentation by Ashbya gossypii in agitated fermentors
Cascaval et al. Modeling of mixing for stirred bioreactors: 3. Mixing time for aerated simulated broths
CASCAVAL MODELING OF MIXING FOR STIRRED BIOREACTORS 3. Mixing time for aerated simuIated broths
ONISCU et al. Modelling of Mixing in Stirred Bioreactors 3. Mixing Time for Aerated Simulated Broths
Galaction et al. Mixing Time for Aerobic Stirred Bioreactors (Simulated Broths)
Dan et al. Modeling of mixing for stirred bioreactors: 3. Mixing time for aerated simulated broths
NL8403497A (nl) Werkwijze en inrichting voor het uitvoeren van een microbiologisch of enzymatisch proces.

Legal Events

Date Code Title Description
BB Publication of examined application
MM Patent lapsed
MM Patent lapsed

Owner name: COOEPERATIEVE VERENIGING SUIKER UNIE U.A.