NO890233L - Reguleringssystemer for biologiske prosesser som danner viskoese dyrkingsmedia. - Google Patents

Description

OPPFINNELSENS BAKGRUNN

De reologiske egenskaper til en fermenteringsvæske virker inn på

alle former for massetransport,varmetransport og blandingsegenskaper i fermentoren (Kemblowski, Z. og Kristiansen, B. (1986), Biotechnology and Bioengineering, Vol. XXVII, s. 1474-1483). De vil derfor ha betydning for forløp og resultat av en fermenteringsprosess.

Høy viskositet av fermenteringsvæsken kan være en begrensende faktor i mange industrielt viktige fermenteringsprosesser, særlig når det gjelder fermenteringer med filamentvoksende organismer som A spergillus niger, Streptomyces fradiae, Bacillus licheniformis , Trichoderma reesei og Penicillium chrysogenum, og også ved fremstilling av biopolymere (polysakkarider) slik som xanthan-gummi. Dessuten kan måling av de reologiske egenskapene til en fermenteringsvæske gi en viktig indikasjon på fermenteringens produktivitet, eller ved fremstilling av biopolymere, for produktkvaliteten.

Ved brygging og brennevinsfremstilling blir bygg, byggmalt og/eller andre råmaterialer ekstrahert med varmt vann for å lage en vørter. Dersom for mye (J-glukan ekstraheres under denne mesking, blir ekstraktet så viskøst at det fører til problemer ved den videre behandling av vørteren og ved filtrering av ølet.

Det er derfor behov for å overvåke de reologiske egenskaper til viskøse væsker som dannes ved fermentering og andre bio-prosesser, slik at en finner frem til egnede parametre for prosess-styring for å oppnå reproduserbarhet, optimal utnytting av råmaterialene,

maksimal produktivitet og/eller ønsket produktkvalitet.

Foreliggende oppfinnelse angir systemer, utstyr og fremgangsmåter til styring av biologiske prosesser som fører til dannelse av viskøse væsker. Denne oppfinnelse beskrives i det følgende ved å vise til det utstyr som brukes, og den nyttevirkning det har i Eksempel 1 og 2. Oppfinnelsen beskrives ved hjelp av eksempler og detaljmodifikasjoner kan bli gjort innen oppfinnelsens ramme.

BESKRIVELSE AV UTSTYRET

Målecellen er vist i fig. 1. Den består av en sylinder med en innvendig rører. Et tilknyttet måleinstrumentet registrerer dreiemomentet som utøves på røreren når den dreies rundt i fermenteringsvæsken. Rørere av forskjellig utførelse og form kan nyttes for å tilpasse systemets følsomhet.

Målesystemet anbringes i et ytre kretsløp utenfor fermentoren, slik at fermenteringsvæsken pumpes gjennom det (fig. 2). Systemet overvåkes og data registreres ved hjelp av en datamaskin (PC), som kan programmeres for utførelse av målinger i gitte skjærhastighetsområder og med gitte tidsintervaller, og også for igangsetting av styringstiltak (som f.eks. kan gjelde tilførsel av næringsemner eller gass, rørehastighet, temperatur eller pH) avhengig av viskositetsmålingene.

Systemet kalibreres ved hjelp av målecelle som føres i handelen av Contraves (Contraves AG, Schaffhauser-strasse 58O, Postfach, CH-8052 Ziirich, Sveits).

Eksperimentell evaluering av systemet ble utført med filamentvoksende organismer som Streptomyces fradiae og Aspergillus niger, som begge danner tyktflytende, ikke-homogene fermenteringsvæsker. Stammen av Streptomyces fradiae ble skaffet av en antibiotika-fabrikant; stammen av Aspergillus niger ble isolert fra jord.

EKSEMPEL 1

Fig. 3 og 5 viser endringer i reologiske egenskaper (viskositet) under to fermenteringsforsøk med St reptomyces f radiae. Viskositetskurvene i de to forsøk er ulike og dette kan skyldes ustabilitet i stammens morfologi. Fig. 4 og 6 (bilder tatt ved en kulturalder av 120 timer, og en konsentrasjon av biomasse på 13 g/l i begge forsøk), viser at ulike måleresultater med hensyn på viskositet samsvarer med morfologisk ulikheter.

Resultatene viser nytten av kontinuerlige reologimålinger som et verktøy for å oppdage variasjoner i fermenteringsprosesser og for å framskaffe verdifull informasjon for prosessstyringen.

EKSEMPEL 2

For å kunne utøve kontroll over viskositeten av en fermenteringsvæske, er det utprøvd forskjellige måter for tilføring av næring til fermenteringen med Aspergillus niger. Resultater er vist i fig. 7- Den heltrukne kurve viser til et fermenteringsforsøk uten ekstra nærings-tilførsel under fermenteringsforløpet, mens den punkterte linje viser til et forsøk der sukrosetilførsel under fermenteringens gang sees å gi lavere viskositet i tilførselesperioden. Utbyttet av biomasse var det samme i de to forsøk.

Resultatene indikerer at kontinuerlige reologimålinger kan benyttes for prosessstyring og som et hjelpemiddel for å optimere f ermenteringsprosesser.

Claims (6)

1. Utstyr og metoder for måling av reologiske egenskaper i sann tid for det formål å overvåke, regulere eller optimere biologiske prosesser som danner viskøse væsker.

2. Et krav i samsvar med krav 1, der den biologiske prosess er en fermentering som omfatter en filamentvoksende organisme.

3. Et krav i samsvar med krav 2, der den filamentvoksende organisme er Streptomyces fradiae.

4. Et krav i samsvar med krav 2, der den filamentvoksende organisme er Aspergillus niger.

5. Et krav i samsvar med krav 1, der den biologiske prosess er en prosess for fremstilling av en biopolymer.

6. Et krav i samsvar med krav 1, der den biologiske prosess er en ekstråksjon med varmt vann fra bygg, byggmalt eller andre råmaterialer.