SK11872001A3 - Nosič biomasy, spôsob jeho osídľovania mikroorganizmami, spôsob vsádzkovej fermentácie substrátu, spôsob sanitácie fermentačného zariadenia a zariadenia na vykonávanie týchto spôsobov - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka nosiča biomasy, tvoreného sústavou vlákien, z ktorých aspoň časť je usporiadaná do slučiek.

Ďalej sa vynález týka spôsobu osídľovania nosiča biomasy podľa vynálezu mikroorganizmami, spôsobu vsádzkovej fermentácie fermentovateľného substrátu živými mikroorganizmami v kvasnom priemysle, najmä v pivovarníctve, pri výrobe vína, ostu a ďalších fermentovaných výrobkov, pri ktorých je nosič biomasy podľa vynálezu osídlený mikroorganizmami a spôsobu sanitácie fermentačného zariadenia na uskutočňovanie spôsobov vsádzkovej fermentácie.

Vynález sa týka tiež zariadenia na fermentáciu substrátov, najmä mladiny pri výrobe piva niektorým zo spôsobov podľa vynálezu a tak isto zariadenia na uskutočňovanie sanitácie podľa vynálezu.

Doterajší stav techniky

Technika kultivácie mikroorganizmov vo forme biofilmu patrí do skupiny kultivácií s tzv. fixovanými bunkami. Táto biotechnológia sa uplatňuje napr. v oblasti čistiarní odpadových vôd a vôd z mestských aglomerácií. Odpadové vody z priemyslu majú obvykle silné heterogenné zloženie, ktorého príčina spočíva vo zvláštnej štruktúre každej z výrob. Odpadové vody však takmer vždy obsahujú organické látky, biogenné prvky a látky anorganické. Z organických látok môžu byť prítomné bielkoviny, tuky, cukry, uhľovodíky, tenzidy, organické kyseliny, organické riedidlá, atď.

Podľa typu odpadovej vody v nej môže byť prítomné tiež nezanedbateľné množstvo divokých mikroorganimov (až 10⁶ mľ¹) s vysokým degradačným potenciálom, ktoré už počas dopravy odpadových vôd do čistiarní môžu čiastočne degradovať ľahko odbúrateľné a biologicky využiteľné látky. Priamo v čistiarňach odpadových vôd potom tieto divoké mikroorganizmy môžu osídľovať vhodné nosiče biomasy a ďalej sa podieľať na intenzifikácii čistiarenského procesu.

Okrem oblasti čistenia odpadových vôd nachádzajú mikroorganizmy, tentoraz už ušľachtilé a rastúce opäť v biofilmoch na nosičoch biomasy, využitie v rade priemyselných odvetví. Ide teda o cielené využitie mikroorganizmov na špeciálne biochemické výroby.

Účinnosť danej technológie využitia mikroorganizmov je silne ovplyvnená podmienkami, v ktorých mikroorganizmy metabolizujú využiteľné zdroje uhlíku a energie, najmä má vplyv koncentrácia biomasy, teda súboru mikroorganizmov, ktorá je ovplyvňovaná charakteristikami nosičov biomasy. Ako nosiče biomasy sa používajú najrôznejšie materiály, napr. voštiny, dosky, útvary poréznych materiálov, hobliny, piliny, troska, slama, vláknové útvary z PES atď.

Jedna z ciest, ako zvyšovať koncentráciu biomasy v aeróbnych aj anaeróbnych biotechnologických systémoch je využitie špeciálnych nosičov biomasy, či už úplne alebo čiastočne fixovaných alebo voľne sa vznášajúcich v substráte. Biofílm mikroorganizmov môže byť fixovaný na povrchu nosiča biomasy alebo sa zachytáva do pórov vporéznom nosiči biomasy alebo môže byť fixovaný na špeciálnom nosiči biomasy a od okolitého prostredia je oddelený polopriepustnou membránou. Tiež sa používajú rôzne kombinované nosiče biomasy, ktoré spájajú prednosti celistvých a poréznych nosičov biomasy.

Nevýhodou doteraz známych nosičov biomasy je, že majú obmedzenú schopnosť vytvárania počiatočného biofilmu. Ich ďalšou nevýhodou je relatívne malý aktívny povrch biomasy, z čoho vyplýva, že na dosiahnutie potrebného výkonu Čistiaceho zariadenia je nutné použiť pomerne veľké množstvo nosiča biomasy, teda buď nosič biomasy s veľkou plošnou výmerou alebo nosič biomasy s veľkým objemom. Ďalšou nevýhodou súčasných nosičov biomasy je ich vysoký hydraulický odpor, pričom mikroorganizmy na nich usídlené sú z nich pomerne často vyplavované.

Známe spôsoby fermentácie v kvasnom priemysle väčšinou nosiče biomasy vôbec nepoužívajú a fermentácia, napr. pri výrobe piva, prebieha v otvorených fermentačných kadiach alebo v uzavretých cylindricko kužeľovitých tankoch pod tlakom CO2. Z DE 4430905 je známa kontinuálna výroba piva, pri ktorej dokvasovanie prebieha na sklenených gulôčkach, ktoré slúžia ako nosič kvasiniek. Žiadny zo známych spôsobov fermentácie nevedie k podstatnému skráteniu času fermentácie.

Cieľom vynálezu je zvýšiť účinnosť, výkon a finančnú efektívnosť doteraz používaných biotechnologických procesov poskytnutím optimálnych životných podmienok pre rast a enzymatickú aktivitu technicky využívaných mikroorganizmov.

·· · • · ··· · • · · · • · · ·· ·

Podstata technického riešenia

Cieľ technického riešenia sa dosiahne nosičom biomasy tvoreným sústavou vlákien, z ktorých aspoň časť je usporiadaná do slučiek, ktorého podstata spočíva v tom, že vlákna sú usporiadané do nití, ktoré tvoria trojicu systémov nití, z ktorých prvý systém nití je usporiadaný do striedavých slučiek, ktoré tvoria objem nosiča biomasy, pričom naprieč prvým systémom nití po celej dí žke nosiča biomasy prechádza druhý systém nití tvorený základnou niťou, pričom slučky prvého systému nití sú k základnej niti pripojené obtočením obtáčaciou niťou, tvoriacou tretí systém nití, ktorá upevňuje slučky prvého systému nití na základnú niť, slúžiacu ako nosná niť nosiča biomasy.

Takýto nosič biomasy má vďaka súčtu povrchov jednotlivých systémov nití, ktoré sú tvorené niekoľkými vláknami, a v dôsledku usporiadania systémov nití veľký aktívny povrch na osídlenie mikroorganizmami a značnú schopnosť zadržiavať biomasu veľkého objemu a spoľahlivo umožňuje jej rast. Súčasne sa ním dosiahne zvýšenie aktívneho povrchu biomasy, čím sa zvýši výkon už existujúcich čistiacich alebo fermentačných biotechnologických zariadení bez väčších nákladov. Vďaka vysokému aktívnemu povrchu prináša tento nosič biomasy vysokú úsporu plochy aj objemu zariadenia pri rovnakom výkone alebo umožňuje realizovať vyššie zaťaženie technologického procesu a celkovú intenzifikáciu biotechnologického procesu v existujúcich zariadeniach. Nosič biomasy podľa vynálezu má jednoduchú prevádzku a v dôsledku jeho intenzifikačných faktorov dochádza k úsporám prevádzkových nákladov, nákladov na údržbu a k úsporám investícií. Nosič biomasy podstatne zvyšuje schopnosť mikroorganizmov vytvárať začiatočný biofilm a uľahčuje prívod živýn a kyslíka alebo iných akceptorov vodíka a elektrónov k aktívnej biomase. Naviac uľahčuje odvádzanie produktov biomasy alebo vznikajúcich plynov, má nízky hydraulický odpor so stabilným technologickým výkonom a má tiež značnú schopnosť prispôsobovať sa organickému, hydraulickému a tepelnému kolísaniu a zlepšuje usadzovanie a minimalizuje množstvo vznikajúceho kalu, takže odkalovanie bioreaktora je potom ľahšie. Súčasne má schopnosť zadržiavať škodliviny, napr. zbytky ropných látok. Výskumom bolo zistené, že na bezchybnú funkciu nosiča biomasy sú vhodné prírodné vlákna, hutnícke vlákna, najmä slkenené a chemické vlákna, či už z prírodných alebo syntetických polymérov, pričom prírodné vlákna a chemické vlákna z prírodných polymérov sú použiteľné len obmedzene, z dôvodov relatívne nízkej pevnosti. Z chemických vlákien nie sú všetky typy vlákien vhodné na bezchybnú funkciu nosiča biomasy. Znamená to, že niektoré druhy a typy chemických vlákien sú mikroorganizmami tak prokaryontnými či eukaryontnými už primárne zle osídlované, čím je vytváraný nedostatočný objem biomasy v biofilme na nosiči biomasy a znižuje sa tým účinnosť celého biotechnologického procesu. Pri ·· ···

♦	• ·
··	•
•	···
•	• · ·
•	• ·

··· ·· ·· ·· • · · · • · ··• · · · • · · · ·· ·· nosičoch biomasy z niektorých chemických vlákien sú mikroorganizmy z nosiča biomasy ľahko vyplavované, čím opäť dochádza k znižovaniu účinnosti biotechnologického procesu. Toto spôsobujú niektoré aditiva, ktoré sa pridávajú do hmoty chemických vlákien za účelom zníženia ich lesku. Preto je výhodné, ak sú chemické vlákna vláknami lesklými, t. j. vláknami, ktoré neobsahujú matovacie prostriedky. Ide najmä o matovacie prostriedky na báze titandioxidu (TÍO2), ktorý v rôznom množstve obsahujú niektoré chemické vlákna. Preto je teda aspoň časť vlákien zo sústavy vzájomne definovane orientovaných vlákien nosiča biomasy tvorená chemickými vláknami, ktoré neobsahujú TÍO2.

Podstata spôsobu osídlovania nosiča biomasy je uvedená vo význakovej časti nárokov 3 až 5 a jednoduchosť osídlovania je spôsobená najmä materiálom vlákien, povrchovou úpravou, vysokou Členitosťou povrchu vlákien a elektrickými silami medzi mikroorganizmami a povrchom vlákien, z ktorého sú niťové systémy nosiča biomasy vyrobené.

Podstata spôsobu vsádzkovej fermentácie fermentovateľného substrátu mikroorganizmami osídleným nosičom biomasy podľa vynálezu spôsobom osídlovania podľa vynálezu je opísaná vo význakovej časti nároku 6. Výhodou takejto fermentácie je jej akcelerácia a intenzifikácia, spôsobená stálym premiešavaním substrátu CO2, udržiavaním kvasiniek a nosiča biomasy vo vznose a v dôsledku toho stálym kontaktom celého povrchu nosiča biomasy so substrátom.

V nárokoch 7 a 8 je postupne opísaná podstata spôsobu vsádzkovej fermentácie podľa vynálezu pre uzatvorený fermentačný okruh vo vsádzkovom fermentačnom systéme, a pre otvorený fermentačný okruh vo vsádzkovom fermentačnom systéme.

Vzhľadom na to, že nosič biomasy osídlený mikroorganizmami nie je možné sanitovať bežným spôsobom, bol vyvinutý oddelený spôsob sanitácie nosiča biomasy, ktorého podstatu opisuje význaková časťnároku 9. Tento spôsob zaisťuje dokonalú sanitáciu celého fermentačného systému známymi chemickými sanitačnými prostriedkami a šetrnú sanitáciu bioreaktora s nosičom biomasy, takže po sanitácii sa aspoň čiastočne zachová osídlenie nosiča biomasy mikroorganizmami a nepoškodí sa nosič biomasy.

Podstata rôznych vyhotovení zariadení na uskutočňovanie vsádzkovej fermentácie spôsobmi podľa vynálezu na osídlených nosičoch biomasy podľa vynálezu je opísaná vo význakovej časti nárokov 10 až 15, pričom nároky 10 a 1 sa týkajú vsádzkovej fermentácie v uzatvorenom okruhu, nárok 12 vsádzkovej fermentácie v otvorenom okruhu a nárok 13 vsádzkovej fermentácie v uzatvárateľnom bioreaktore s osídleným nosičom biomasy.

Uloženie nosiča biomasy v dolnej časti bioreaktora s voľným priestorom okolo stien umožňuje lepšie premiešavanie substrátu oxidom uhličitým (CO₂) vznikajúcim v priebehu fermentácie.

Podstata zariadenia na uskutočňovanie sanitácie je opísaná vo význakoch nárokov 16 a 17 a spočíva v pripojení sanitačnej stanice, obsahujúcej dve od seba oddelené sanitačné tekutiny. Pričom druhý sanitačný prostriedok slúži na šetrnú ale dostatočnú sanitáciu bioreaktora s nosičom biomasy. Pri zariadení s uzavretým alebo otvoreným fermentačným okruhom je bioreaktor opatrený uzatvárate ľným obtokovým potrubím na obtekanie bioreaktora pri sanitácii zariadenia sanitačným prostriedkom.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Príkladné vyhotovenie zariadenia podľa vynálezu, sprievodný graf a tabuľka sú znázornené na výkresoch, kde na obr. 1 je nakreslený príklad vyhotovenia nosiča biomasy v schématickom vyobrazení, na obr. 2 je nakreslená schéma zariadenia na vsádzkovú fermentáciu substrátu s uzavretým fermentačným okruhom, na obr. 3 je schéma zariadenia na vsádzkovú fermentáciu substrátu s uzatvárateľným bioreaktorom, na obr. 4 je schéma zariadenia na vsádzkovú fermentáciu substrátu s otvoreným fermentačným okruhom. Obr. 5 znázorňuje fotografiu nití nosiča biomasy osídlených kvasinkami a obr. 6 znázorňuje fotografiu detailu nite nosiča biomasy osídleného kvasinkami. Na obr. 7 je znázornený graf porovnania rôznych technológií fermentácie piva a obr. 8 znázorňuje tabuľku porovnania priebehu fermentácie pri výrobe piva pre klasickú technológiu fermentácie, fermentáciu v cylindricko kužeľovom tanku a fermentáciu s osídleným nosičom biomasy podľa vynálezu.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Nosič 1 biomasy je tvorený lineárnym, plošným alebo priestorovým vláknovým útvarom, to znamená, že je vytvorený buď vo forme povrazu alebo stuhy alebo plošnej textílie alebo trojrozmerného telesa. Vlastný vláknový útvar je potom vytvorený buď z prírodných vlákien alebo je vytvorený zo zmesi prírodných a chemických vlákien ako z prírodných polymérov tak zo syntetických polymérov, alebo je vytvorený len z chemických vlákien. Každá z materiálových zložiek nosiča biomasy môže byť sama o sebe tvorená buď rovnakými vláknami alebo zmesou vlákien niekoľkých druhov, napr. zmesí niekoľkých druhov prírodných vlákien alebo zmesí niekoľkých druhov prírodných vlákien a chemických vlákien alebo zmesi niekoľkých druhov chemických vlákien. Je tiež možné, aby aspoň niektorá zo zložiek bola z časti tvorená hutníckymi vláknami, najmä vláknami sklenenými.

···

Konštrukcia vlastného vláknového útvaru je taká, že tento má veľkú plochu povrchu, ktorý je prispôsobený na osídlenie mikroorganizmami a pre ich rast a množenie, pričom umožňuje tak dostatočný prívod živín, kyslíka alebo iných akceptorov vodíka a elektrónov k mikroorganizmom, ako aj ľahké odstraňovanie produktov látkovej výmeny a minimalizuje tvorbu kvapalinového filmu, ktorý bežne pokrýva biofilmy mikroorganizmov usídlených na nosičoch biomasy v bioreaktoroch s malou turbulenciou v jadre prúdiaceho metabolizovaného substrátu.

Na tento účel sú vhodné vláknové útvary s vláknami usporiadanými do sústavy slučiek, ktoré majú relatívne (v istých medziach) stály tvar a usporiadanie. To znamená, že tieto slučkové usporiadania vlákien vo vláknovom útvare môžu byť vhodným spôsobom zafixované v relatívne stálych polohách voči sebe.

Jedým z takých vhodných usporiadaní vláknového útvaru je usporiadanie znázornené na obr. 1. Znázornený nosič biomasy pozostáva z troch systémov nití, pričom prvý systém 11 nití tvorí slučky 111 vláknového útvaru, ktoré vytvárajú objem vláknového útvaru. Druhý systém 12 nití tvorí základná niť vo vnútri vláknového útvaru a je situovaný naprieč prvým systémom U nití, ako je zrejmé z obr. 1. Tretí systém 13 nití tvorí obtáčacia niť prvého systému 11 nití a druhého systému 12 nití a zaisťuje tak viac menej stálu vzájomnú polohu prvého systému H nití voči druhému systému 12 nití.

Nie všetky vlákna svojim chemickým zložením sú však vhodné na osídlovanie mikroorganizmami. Experimentálne bolo preukázané, že osídlenie povrchu vlákien v nosiči 1 biomasy mikroorganizmami pri vytváraní dostatočného počiatočného biofilmu je závislé na materiáli vlákien, ktorý nesmie pôsobiť proti životu a rastu mikroorganizmov. Ľhlej je vytvorenie počiatočného biofilmu závislé na prítomnosti kladného povrchového elektrického náboja vlákna, pretože mikroorganizmy majú spravidla záporný náboj, takže spravidla kladný povrchový náboj vlákna uľahčuje usídlenie mikroorganizmu na vlákne. Ďalším dôležitým patametrom pri vytváraní počiatočného biofilmu je povrchová štruktúra vlákien, to znamená, že čím členitejší je povrch vlákna, tým je tento povrch jednak väčší a jednak sa na takom povrchu vlákna lepšie usídľujú mikrooganizmy. Schopnosť vytvárania počiatočného biofilmu tiež závisí na spracovaní, prípadne úprave vlákna, čím sa dosiahne ovplyvnenie tak chemických ako aj mechanických vlastností vlákna.

Tieto podmienky spĺňajú prírodné vlákna, vlákna hutnícke, najmä vlákna sklenené a chemické vlákna a to tak z prírodných polymérov ako aj z polymérov syntetických. Chemické vlákna však nie sú upravené pomocou matovacích prostriedkov, ktorými sa matuje povrch lesklých chemických vlákien a ktoré na mikroorganizmy neskôr usídlené na nosiči biomasy ·· ··· ·· ··· • · · • · • ··

··	··	··
• ·	• ·	• ·
•	•	··	• ·
A	•	• · · · W
• ·	• ·	• *
··	··	··

pôsobia veľmi negatívne. Jedná sa najmä o matovací prostriedok na báze T1O2. Chemické vlákna sú teda vlákna lesklé. Chemickými vláknami zo syntetických polymérov sú najmä vlákna polyesterové, kopolyesterové , polyamidové, polyaramidové, polyvinylové, polyvinylidenové, polyfluoretylenové a polyolefinové vlákna, z ktorých sú to najmä polypropylenové. Chemickými vláknami z prírodných polymérov sú najmä vlákna na báze celulózy. Chemické vlákna môžu byť na dosiahnutie požadovanej členitosti povrchu tvarované vzduchom.

Na podrobnejšie vysvetlenie použitia jednotlivých typov vlákien sa uvádza niekoľko nasledujúcich konkrétnych prípadov materiálového usporiadania nosiča 1 biomasy uskutočneného podľa príkladu znázorneného na výkrese.

Príklad 1 - vytvorenie nosiča biomasy

Nosič 1 biomasy je vytvorený ako textilný útvar z nekonečných technických chemických vlákien, pričom prvý systém 11 nití je vytvorený z polyesterového vlákna na báze polyetylentereftalátu, lesklého, vysoko pevného, vzduchom tvarovaného vlákna bez úpravy TÍO2, typ 568 dtex 1100/Í200 x 4. Druhý systém 12 nití je vytvorený z lesklého, vysoko pevného, vzduchom tvarovaného polyesterového vlákna na báze polyetylentereftalátu, typ 568 dtex 1100/Í200 x 3 s minimálnou relatívnou pevnosťou 7,3 cN.dtex'¹. Tretí systém 13 nití je vytvorený z polyesterového vlákna na báze polyetylentereftalátu tvarovaného vzduchom dtex 240 x 1. Tento nosič 1 biomasy má kladný povrchový náboj a zaraďuje sa do aerobných alebo anaeróbnych bioreaktorov na rast, množenie a metabolizmus mikroorganizmov v biofilme. Jeden kilogram tohto nosiča biomasy má povrch využiteľný na rast biomasy asi 55 m², čo znamená, že jeho špecifický povrch je 55 m . kg’ .

Príklad 2 - vytvorenie nosiča biomasy

Nosič 1 biomasy je vytvorený ako textilný útvar z nekonečných technických chemických vlákien, pričom prvý systém 11 nití je vytvorený z polyesterového vlákna na báze polyetylentereftalátu, lesklého, vysoko pevného, vzduchom tvarovaného vlákna bez úpravy T1O2, typ 558 dtex 1100/Í200 x 4. Druhý systém 12 nití je vytvorený z lesklého, vysoko pevného, vzduchom tvarovaného polyesterového vlákna na báze polyetylentereftalátu, typ 558 dtex 1100/1200 x 3 s minimálnou relatívnou pevnosťou 7,3 cN.dtex·*. Tretí systém 13 nití je vytvorený z polyesterového vlákna na báze vzduchom tvarovaného polyetylentereftalátu SLOTERA, typ 750 PM dtex 400. Tento nosič 1 biomasy má kladný povrchový náboj a zaradúje sa do bioreaktorov na rast aeróbnych aj anaerobných mikroorganizmov. Jeden ·· ···

··	··	··
• ·	• ·	• ·
• ·	··	•	v
• ·	•	• ·	•	•
• ·	•	•	• ·
··	··	• ·

kilogram tohto nosiča biomasy má povrch využiteľný na rast biomasy asi 50 m², jeho špecifický povrch je teda 50 m², kg'¹.

Príklad 3 - vytvorenie nosiča biomasy

Nosič 1 biomasy je vytvorený ako textilný útvar z troch systémov nití obsahujúcich chemické vlákna. Prvý systém 11 nití je vytvorený zo skleneného hodvábu dtex 680 x 5. Druhý systém 12 nití je vytvorený zo skleneného hodvábu dtex 680 x 2 a hodvábu PROLEN dtex 1000 x 1. Tretí systém 13 nití je vytvorený zo skleneného hodvábu dtex 680 x 1. Tento nosič 1 biomasy sa zaraďuje sa do bioreaktorov na rast aeróbnych aj anaerobných mikroorganizmov a jeho povrch má kladný povrchový náboj. Takýto nosič biomasy má špecifický povrch využiteľný na rast biomasy asi 35 m², kg'¹.

Príklad 4 - vytvorenie nosiča biomasy

Nosič 1 biomasy je vytvorený ako textilný útvar z troch systémov nekonečných technických chemických vlákien, pričom prvý systém 11 nití je vytvorený z priadze z lesklej regcnerovanej celulózy typu LYOCELL tex 100 x 4. Druhý systém 12 nití je vytvorený z lesklého, vysoko pevného, vzduchom tvarovaného polyesterového vlákna na báze polyetylentereftalátu, typ 558 dtex 1100/Ω00 x 3 s minimálnou relatívnou pevnosťou 7,3 cN.dtex'¹. Tretí systém 13 nití je vytvorený z polyesterového vlákna na báze vzduchom tvarovaného polyetylentereftalátu SLOTERA, typ 750 PM dtex 400. Tento nosič 1 biomasy sa zaraduje sa do bioreaktorov na rast aeróbnych aj anaerobných mikroorganizmov a má špecifický povrch asi 40 m², kg¹.

Tento nosič 1 biomasy je použiteľný v biotechnologických procesoch, t. j. tam, kde sú na zaistenie technologického procesu použité nárastové kultúry napr. mikroorganizmy a to tak v nových zariadeniach ako aj v zariadeniach už existujúcich s cieľom intenzifikácie a zvýšenia výkonových parametrov týchto zariadení. Pri použití v čistiarňach odpadových vôd dochádza k skráteniu času nutnému na dostatočné zníženie koncentrácieuhlíkatých a dusíkatých látok v odpadovej vode. Svojim inertným lineárne, plošne alebo priestorovo usporiadaným nosným materiálom poskytuje tento nosič biomasy možnosť vytvárať napr. v aktivačných nádržiach vysokú koncentráciu biomasy s minimálnou tvorbou prebytočného kalu. Tento nosič 1 biomasy je možné použiť v bioreaktoroch či biotechnologických zariadeniach pracujúcich tak na princípe aeróbneho tak aj anaeróbneho metabolizmu ušľachtilých či divokých mikroorganizmov. Tento nosič biomasy môže byť použitý tiež ako nosič imobilizovaných mikroorganizmov a/aleboenzýmovtak v aeróbnych ako aj v anaeróbnych bioreaktoroch. Tento nosič 1 biomasy ··

··	··	··	v
•	•	• ·	• ·	··
•	•	··	• ·	*
•	•	• · · · ·	•
*		• · · ·	•
··	··	• ·	• · ·

• ··· • · · • · · ··· ·· môže byť ďalej využitý pri fermentácii v kvasnom priemysle, najmä v pivovarnítve, pri výrobe vína, octu a ďalších fermentovaných nápojov, ako bude opísané ďalej.

Materiál vlákien, povrchová úprava, vysoká členitosť povrchu vlákien a sily medzi mikroorganizmami a povrchom vlákien, z ktorého sú niťové systémy 11. 12, 13 nosiča 1 biomasy vyrobené, podporujú dokonalé osídlenie povrchu nití nosiča 1 biomasy fermentujúcimi jednobunečnými mikroorganizmami, napr. kvasinkami a to v jednej aj v niekoľkých vrstvách, ako je znázornené na obr. 5 a 6. Udržiavaniu mikroorganizmov na povrchu nosiča 1 biomasy napomáha tak veľká členitosť povrchu a veľkosť náboja ako aj vzájomná previazanosť niťových systémov 11. 12,13.

Osídľovanie nosiča 1 biomasy je opísané nižšie na fermentáciu mladiny pri výrobe piva v príkladoch 5, 7, 8 a na fermentáciu vínneho muštu pri výrobe vína v príklade 6. Osídľovanie nosiča 1 biomasy trvá maximálne 48 hodín a môže byť stacionárne alebo prietokové.

Pri vlastnej fermentácii, napr. mladiny pri výrobe piva, je nosič 1 biomasy uložený v bioreaktore 26, ako je opísané v príkladoch 5 až 8 a znázornené na obr. 2, 3, 4, pričom okolo kvasinkami osídleného povrchu všetkých sústav H, 12, 13 nití nosiča i biomasy preteká mladina. Pri fermentácii sa kvasinky rozmnožujú, pričom kvasinky, nachádzajúce sa vo väčšej vzdialenosti od povrchu nite nosiča 1 biomasy sa uvoľňujú a oddeľujú od ostatných a v dôsledku CO2, ktorý pri fermentácii vzniká, sú unášané nahor, čím je fermentovaná mladina premiešavaná a uvoľnené kvasinky sú udržované vo vznose, takže celý povrch všetkých systémov H, 12, 13 nití nosiča 1 biomasy je rovnomerne obtekaný mladinou. V priebehu fermentácie je povrch nití nosiča 1 biomasy osídľovaný ďalšími kvasinkami, Preto je nosič i biomasy aj po ukončení jedného cyklu fermentácie dostatočne osídlený kvasinkami na zahájenie ďalšieho cyklu fermentácie. Ľhlší cyklus fermentácie sa obvykle zahajuje po sanitácii bioreaktora 26 s nosičom 1 biomasy alebo samotného nosiča 1 biomasy horúcou vodou s teplotou 75 - 95° C počas aspoň 30 min. a po sanitácii ostatných častí zariadenia známymi sanačnými prostriedkami, ako je opísané v príkladoch uskutočnenia 5 až 8.

Spôsob fermentácie podľa vynálezu, pri ktorom sú fermentačné mikroorganizmy, napr. kvasinky osídlené na povrchu nití nosiča 1 biomasy, pričom okolo tohto povrchu nití nosiča i biomasy preteká fermentovaný substrát, napr. mladina pri výrobe piva, urýchľuje fermentáciu zo siedmych a viacerých dní pri fermentácii vo fermentačných kadiach na dva dni (48 hod.), najmä v závislosti na teplote substrátu.

Na obr. 7 je znázornený graf porovnávajúci známe spôsoby fermentácie piva so spôsobom fermentácie podľa vynálezu. Z porovnania vyplýva, že ukončenie fermentácie sa pri rovnakej teplote dosiahne pri klasickom spôsobe fermentácie vo fermentačných kadiach (graf

·· ···

Fl) za 7 dní, pri fermentácii v cylindickokužeľovom tanku (pod tlakom CO2) (graf F2) za 5 dní a pri spôsobe fermentácie podlá vynálezu s nosičom 1 biomasy, ktorého povrch je osídlený kvasinkami (graf F3), za dva dni. Podrobnejšie porovnanie všetkých troch spôsobov fermentácie ukazuje tabuľka 1 na obr. 8.

Príklady vyhotovenia zariadenia na uskutočňovanie fermentácie pomocou nosiča 1 biomasy osídleného živými mikroorganizmami a k akcelerácii a intenzifikácii takej fermentácie v kvasnom priemysle, najmä pivovarníctve, pri výrobe vína, octu a ďalších fermentovaných nápojov sú znázornené na obr. 2 až 4.

Zariadenie podľa obr. 2 obsahuje prívod 21 substrátu, ktorý je fermentovateľný, napr. mladina pri výrobe piva, vinný či ovocný mušt pri výrobe vína, víno na výrobu octu a pod. Do spomenutého prívodu 21 substrátu je substrát privádzaný známym neznázomeným spôsobom. Prívod 21 substrátu je cez prívodnú armatúru 211 vyústený do zásobníka 22 substrátu. Výstup zásobníka 22 je cez vstupnú trojcestnú armatúru 231 fermentačného okruhu prepojený obehovým potrubím 24 s čerpadlom 25. Čerpadlo 25 je ďalej obehovým potrubím 24 prepojené cez prvú obtokovú trojcestnú armatúru 232 so vstupom bioreaktora 26, v ktorého vnútornom priestore je uložené vopred určené množstvo nosiča 1 biomasy osídleného mikroorganizmami, napr. kvasinkami, alebo určeného k takému osídleniu. Výstup bioreaktora 233 je cez druhú obtokovú trojcestnú armatúru 233 prepojený obehovým potrubím 24 s odstraňovačom 27 horkých kalov, v ktorom je uložený odstraňovač 28 peny a CO2. Odstraňovač 27 horkých kalov je cez odkaľovaciu trojcestnú armatúru 234 prepojený obehovým potrubím 24 so zásobníkom 22, čím je vytvorený uzavretý fermentačný okruh. Na odkaľovaciu trojcestnú armatúru 234 je pripojený odvod 241 horkých kalov a peny, vyústený známym spôsobom do kanalizácie alebo do neznázorneného zásobníka horkých kalov a peny. Odvod CO2 z odstraňovača 28 peny môže byť napojený známym neznázomeným spôsobom na existujúci systém využitia CO2 v prevádzke. V hornej časti zásobníka 22 je umiestnená umývacia hlavica 29, ktorá je pomocou prívodného sanitačného potrubia 30 cez sanitačnú trojcestnú armatúru 235 prepojená so sanitačnou stanicou 31., ktorá obsahuje čerpadlá a aspoň dve vzájomne od seba oddelené sanitačné tekutiny, z ktorých jedna je tvorená známym sanitačným prostriedkom, najčastejšie obsahujúcim roztoky kyselín alebo hydroxidov, ďalej len sanitačný prostriedok a druhá horúcu vodu alebo horúcu vodu obsahujúcu prostriedok s dezinfekčnými účinkami v účinnej koncentrácii, napr. roztok manganistanu draselného, ďalej len horúca voda. Tiež v odstraňovači 27 horkých kalov je umiestnená umývacia hlavica 29, ktorá je prívodným sanitačným potrubím 30 pripojená na sanitačnú trojcestnú armatúru 235 a cez ňu na sanitačnú stanicu 3J_. Sanitačná stanica U. je ďalej odvodným sanitačným potrubím 32 prepojená so vstupnou trojcestnou

• · ·	··	·· ··
·· · • ··· • · · ·	• · • · • ·	• · · · ·· · · • · · · ·
* · *	• ·	• · · ·
·· · ··	··	·· ··

armatúrou 231 fermentačného okruhu. Prvá obtoková trojcestná armatúra 232 a druhá obtoková trojcestná armatúra 233 sú zároveň prepojené obtokovým potrubím 34 (by-pass), do ktorého je vložená odvodná trojcestná armatúra 236, na ktorej voľný výstup je pripojené odvádzacie potrubie 33 na odvod substrátu po fermentácii. Množstvo a zloženie nosiča 1 biomasy, tvar a veľkosť bioreaktora 26 závisí na technologických požiadavkách procesu fermentácie.

Príklad 5 - na fermentáciu na zariadení podľa obr. 2

Pred zahájením prvého cyklu fermentácie je celé zariadenie známym spôsobom sanitované a potom sa do bioreaktora 26 s objemom 10 hl vloží 3000 m (asi 15 kg) nosiča 1 biomasy podľa vynálezu so špecifickým povrchom 55 m², kg¹, vyrobeného z polyesterových vlákien, napr. podľa príkladu 1 a bioreaktor 26 s nosičom 1 biomasy sa sanituje horúcou vodou s teplotou 75 - 95° C počas 30 min. Horúca voda je do bioreaktora 26 privádzaná zo sanitačnej stanice 31 cez prívodné sanitačné potrubie 30, sanitačnú trojcestnú armatúru 235. umývaciu hlavicu 29 a obehové potrubie 24.

Po ukončení sanitácie sa bioreaktor 26 vychladí a po vychladení sa do neho načerpá suspenzia 25 litrov pivovarských spodních kvasníc suspendovaných v mladine so sušinou 11 % (w/v). Osídľovanie nosiča 1 biomasy kvasinkami zo spomenutej suspenzie prebieha 48 hodín pri teplote okolia, potom sa prebytočná mladina s kvasinkami, ktoré neosídlili nosič 1 biomasy vypustí odvádzacim potrubím 33. Teplota pri osídľovaní nosiča 1 biomasy sa môže meniť v rozsahu od 0 do 30° C. Počas osídľovania nosiča 1 biomasy kvasinkami sa zásobník 22 naplní mladinou a uzatvorí sa prívodná armatúra 211 prívodu 21 substrátu. Sušina fermentovateľného substrátu je podľa technologických požiadaviek v rozsahu od 1,0 % (w/v) do 30 % (w/v). V ďalšom kroku sa otvoria trojcestné armatúry 231, 232, 233, 234 v smere obehového potrubia 24 a uvedie sa do činnosti čerpadlo 25. V dôsledku toho obieha mladina zo zásobníka 22 obehovým potrubím 24, pričom prechádza bioreaktorom 26, odstraňovačom 27 horkých kalov a odstraňovačom 28 peny a neznázorneným odstraňovačom CO2, vracia sa späť do zásobníka 22, z ktorého je opäť odvádzaná do bioreaktora 26. Pri prechode mladiny bioreaktorom 26 začne mladina fermentovať, pričom vzniká CO2, ktorý premiešava fermentujúcu mladinu a udržuje nosič 1 biomasy vo fermentujúcej mladine vo vznose. Zároveň mladina so sebou unáša uvoľnené kvasinky, ktoré prechádzajú do zásobníka 22, v ktorom je v dôsledku toho mladina tak isto fermcntovaná. Pri prechode fermentovanej mladiny oddeľovačom 27 horkých kalov sa v ňom známym spôsobom oddeľuje horký kal a v oddeľovači 28 peny sa známym spôsobom oddeľuje plynná zložka a fermentovaná mladina sa privádza do zásobníka 22. Oddelený horký kal a plynná zložka sa vypusťou 241 odvádzajú do kanalizácie alebo na ďalšie využitie. Po 48 ·· ···

a	«β	··	··	··
·· · • ··· Λ Λ · ·	• · • · • ·	• · · · ·♦ · · • · · · ·
• ·	•	• ·	• ·
···	··	··	··	Φ·

hodinách cyklus fermentácie končí v dôsledku zníženia koncentrácie fermentovateľného substrátu (mladiny) na 2,8 %, viď graf F3 na obr. 8 a prekvasená mladina sa po otvorení trojcestných armatúr 232 a 236 v smere odvádzacieho potrubia 33 odvedie odvádzacím potrubím 33 na ďalšie spracovanie, napríklad dokvasenie v neznázornených ležiackych tankoch.

Zníženie koncentrácie fermentovateľného substrátu je opísané pre konkrétny príklad výroby piva a na fermentáciu iných substrátov sa zvolí iná vhodná hodnota zníženia koncentrácie.

Po ukončení určitého počtu cyklov fermentácie sa uskutoční sanitácia celého zariadenia, v ktorej prvej fáze sa uzatvorí prietok bioreaktorom 26 a do zariadenia sa vháňa zo sanitačnej stanice 31 sanitačný prostriedok, ktorý je prívodným sanitačným potrubím 30 privádzaný k umývacím hlaviciam 29 v odstraňovači horkých kalov a v zásobníku 22. Po prechode odstraňovačom 27 horkých kalov sa sanitačný prostriedok vracia časťou obehového potrubia 24 k druhej obtokovej trojcestnej armatúre 233. ktorou prechádza do obtokového potrubia 34 a cez odvodnú trojcestnú armatúru 236. prvou obtokovou trojcestnou armatúrou 232, časť obehového potrubia 24, čerpadlo 25 a vstupnú trojcestnú armatúru 231 fermentačného okruhu preteká do odvádzacieho sanitačného potrubia 32, ktorým sa vracia do sanitačnej stanice 31.. Po dokončení prvej fáze sanitácie sa uskutoční druhá fáza, spočívajúca v sanitácii bioreaktora 26 s nosičom 1 biomasy horúcou vodou s teplotou 85° C počas 30 min., ktorá sa privádza zo sanitačnej stanice 31 prívodným sanitačným potrubím 30 cez sanitačnú trojcestnú armatúru 235, odstraňovač 27 horkých kalov, obehové potrubie 24 a druhú obtokovú trojcestnú armatúru 233 do bioreaktora 26 a potom je po prietoku bioreaktorom 26 odvádzaná obehovým potrubím 24 cez prvú obtokovú trojcestnú armatúru 232. čerpadlo 25 a vstupnú trojcestnú armatúru 231 fermentačného okruhu do odvádzacieho sanitačného potrubia 32, ktorým sa vracia do sanitačnej stanice 31_. Týmto spôsobom sú z bioreaktora 26 odstraňované fyziologicky málo aktívne kvasinky a iné mikroorganizmy. Po ukončení sanitácie je zariadenie pripravené na zahájenie ďalšieho cyklu fermentácie a to napustením čerstvej mladiny do bioreaktora, pretože vbioreaktore zostalo dostatočné množstvo fyziologicky aktívnych kvasiniek osídlených na povrchu nosiča 1 biomasy. Ak klesne fyziologická aktivita kvasiniek pod určitú, vopred stanovenú medzu, sú po ukončení sanitácie dodané nové kvasinky suspendované v mladine a znova prebehne proces osídľovania nosiča 1 biomasy opísaný vyššie. Na ďalšiu fermentáciu je potom možné bioreaktor 26 použiť po 24 až 48 hodinách podľa zvoleného spôsobu osídľovania.

• ·· • · • ···	·· • · • ·	·· • · ··	·· • · · • ·
·· ··	··	··	·· ·

Príklad 6 - na fermentáciu na zariadení podľa obr. 2

Do bioreaktora 26 s objemom 5 hl sa vloží 500 m (asi 5 kg) nosiča 1 biomasy so špecifickým povrchom 35 m², kg'¹, vyrobeného zo skleneného hodvábu, napr. podľa príkladu 3 a bioreaktor 26 s nosičom 1 biomasy sa sanituje horúcou vodou rovnako ako v príklade 5 a tak isto rovnako sa uskutoční sanitácia zostávajúcich častí zariadenia.

Po ukončení sanitácie zariadenia a vychladení bioreaktora 26 na 15° C sa do bioreaktora 26 načerpá suspenzia 25 1 ušľachtilých vinárskych kvasiniek suspendovaných v desaťkrát zriedenom vínnom mušte na koncentráciu zodpovedajúcu 20 % (w/v) sušiny. Osídľovanie nosiča 1 biomasy vinárskymi kvasinkami zo spomenutej suspenzie prebieha 12 hodín pri teplote 15° C, potom sa prebytočný mušt s vinárskymi kvasinkami, ktoré neosídlili povrch nosiča 1 biomasy vypustí odvádzacím potrubím 33 a bioreaktor 26 sa naplní čerstvím vínnym muštom.

Vlastný cyklus fermentácie vínneho muštu prebieha tri dni (72 hod.) pri teplote 10° C podobným spôsobom, ako je opísané v príklade 5 na fermentáciu mladiny.

Teplota fermentácie sa zvolí podľa fermentovateľného substrátu v rozsahu od 0 do 40° C.

Zariadenie podľa obr. 3 je určené na maloobjemovú fermentáciu v kvasnom priemysle, napr. pre minipivovary a obsahuje bioreaktor 26, ktorý je v dolnej časti opatrený odnímateľným kužeľom 261, ku ktorého dolnej časti je pripojená výstupná trojcestná armatúra 237 zásobníka, na ktorej ďalšie vývody je pripojené odvádzacie sanitačné potrubie 32 a odvádzacie potrubie 33, ktoré zároveň slúži ako prívod 21 substrátu na fermentáciu do bioreaktora 26.

Odvádzacie sanitačné potrubie 32 je zavedené do sanitačnej stanice 31 rovnakého vyhotovenia ako podľa obr. 2. Zo sanitačnej stanice 31 vystupuje prívodné sanitačné potrubie 30, ktoré je zavedené do hornej časti vnútorného priestoru bioreaktora 26, kde je zakončené umývacou hlavicou 29.

Otvor vzniknutý po odňatí odnímateľného kužeľa 261 slúži na vkladanie alebo vynímanie nosiča 1 biomasy z vnútorného priestoru bioreaktora 26. V znázornenom vyhotovení je nosič 1 biomasy uložený v nosnom koši 262. ktorý je vynímateľne uložený vo vnútornom priestore bioreaktora 26, z ktorého je vynímaný alebo do ktorého je vkladaný otvorom v dolnej časti bioreaktora 26, ktorý vznikne po odňatí odnímateľného kužeľa 261. Nosný kôš 263 je vyrobený napr. z nerezového materiálu alebo plastu s dostatočným množstvom otvorov na prechod substrátu a CO2 pri fermentácii.

Na vkladanie a vynímanie nosiča 1 biomasy môže byť bioreaktor 26 opatrený prielezom

262. ktorý je na obr. 3 znázornený čiarkované.

• ·· • · • ···	·· • · • ·	• e • · ··	·· • · • ·	• ·
• · · ·	··	··	··	··

Príklad 7 - na fermentáciu na zariadení podľa obr. 3

Bioreaktor 26, potrubia a armatúry sa sanitujú známym sanitačným prostriedkom a po ukončení sanitácie sa do spodnej časti vnútorného priestoru bioreaktoru 26 po otvorení dolného kužeľa 261 alebo prielezu 262 vloží vzniknutým otvorom nosný kôš 263, v ktorom je uložené 30 kg nosiča 1 biomasy so špecifickým povrchom 50 m . kg‘, vyrobeného z polyesterových vlákien, napr. podľa príkladu 2, potom sa dolný kužeľ 261 alebo prielez 262 zatvorí. Následne sa nosič 1 biomasy počas 30 minút sanuje horúcou vodou s teplotou 85° C, ktorá sa do bioreaktora 26 privádza prívodným sanitačným potrubím 30 zo sanitačnej stanice 31, potom sa horúca voda z bioreaktora 26 odvedie otvorenou výstupnou trojcestnou armatúrou 237 zásobníka v smere do odvádzacieho sanitačného potrubia 32 týmto potrubím do sanitačnej stanice 31.

Po vypustení vody sa do bioreaktora 26 privedie pri teplote 25° C 200 1 suspenzie pivovarských kvasiniek v mladine o sušine 11 % (w/v) odvádzacím potrubím 33, ktoré tvorí zároveň prívod 21 substrátu. Následne sa napustí čerstvá mladina a pri požadovanej technologickej teplote prebieha fermentačný proces, pri ktorom dochádza k samovoľnému osídľovaniu nosiča 1 biomasy. Táto fermentácia trvá asi o jeden deň dlhšie ako fermentácia s už osídleným nosičom 1 biomasy, ktorá je opísaná nižšie. Potom sa prekvasená mladina otvorením výstupnej trojcestnej armatúry 237 zásobníka známym spôsobom vypustí do odvádzacieho potrubia 33. V ďalšom cykle fermentácie sa odvádzacím potrubím 33 tvoriacim zároveň prívod 21 substrátu do bioreaktora 26 privedie cez výstupnú trojcestnú armatúru 237 zásobníka nefermentovateľná mladina o sušine 10 % (w/v) a armatúra 237 zásobníka sa uzatvorí. Následne prebieha najdlhšie počas 40 hodín fermentácia pri teplote 9° C. Počas fermentácie sa vytvára CO2, ktorý premiešava mladinu a udržuje ju tak v neustálej cirkulácii počas celej doby fermentácie. Po ukončení fermentácie sa prekvasená mladina po otvorení výstupnej trojcestnej armatúry 237 zásobníka odvedie odvádzacím potrubím 33 známym spôsobom do neznázomeného ležiackeho tanku a ochladí sa na 0° C, potom sa proces fermentácie cyklicky opakuje s čerstvou mladinou. Sanitácia zariadenia je uskutočňovaná rovnakým spôsobom ako v príklade 5, avšak nosič 1 biomasy sa pred sanitáciou sanitačným prostriedkom vyníma z bioreaktora 26, obvykle aj s nosným košom 263 a vkladá sa späť po ukončení sanitácie, počom sa uskutoční jeho sanitácia horúcou vodou, ako je opísané vyššie.

Príklad 8 - na fermentáciu na zariadení podľa obr. 3

Do spodnej časti biorektora 26 s objemom 2 hl sa po jeho sanitácii sanitačným prostriedkom vloží otvorom vzniknutým po odňatí odnímateľného kužeľa 261 nosný kôš 263. v ktorom je uložené 9,5 kg nosiča 1 biomasy so špecifickým povrchom 35 m², kg’¹, vyrobeného

• · ·	• ·		··	• ·
• ·	•	•	• ·	•	• ·
• ···	•	•	··	•	•
• · ·	•	•	• ·	•	•
• · · ·	··		··	··	•

zo skleneného hodvábu, napr. podľa príkladu 3 a bioreaktor 26 s nosičom 1 biomasy sa sanituje horúcou vodou s teplotou 85° C počas 30 minút, rovnako ako v príklade 7. Po sanitácii sa horúca voda vypustí a po ochladení bioreaktora 26 na 25° C s do neho napustí 200 1 suspenzie pivovarských kvasiniek v mladine o sušine 11 % (w/v). Počas 4 hodín prebieha pri teplote 10 až 15° C osídľovanie povrchu nosiča 1 biomasy kvasinkami. Po tomto čase sa mladina s prebytočnými voľnými kvasinkami z bioreaktora 26 vypustí. Následne sa do bioreaktora 26 privedie čerstvá mladina a fermentácia prebieha rovnako ako v príklade 7. Bioreaktor 26 s osídleným nosičom 1 biomasy sa opakovane použije na fermentáciu veľkých objemov mladiny, pričom medzi jednotlivými fermentačnými cyklami sa obvykle uskutočňuje sanitácia zariadenia sanitačným prostriedkom po vyňatí nosiča 1 biomasy a po skončení procesu a vložení nosiča 1 biomasy sa uskutoční sanitácia bioreaktora 26 horúcou vodou.

Zariadenie podľa obr. 4 slúži prevažne pre pivovary s fermentačnými kaďami, pri ktorých doteraz nedošlo k modernizácii fermentácie použitím cylindricko kužeľovitých tankov.

Znázornené zariadenie obsahuje dva zásobníky 22 do ktorých hornej časti je známym spôsobom cez prívodnú trojcestnú armatúru 212 vyústený prívod 21 substrátu, ktorý je tvorený mladinou. K dolnej časti každého zásobníka 22 je pripojená výstupná trojcestná armatúra 237 zásobníka, ktorá je pomocným obehovým potrubím242 prepojená so vstupnou trojcestnou armatúrou 231 fermentačného okruhu, ktorá je obehovým potrubím 24 prepojená so vstupom čerpadla 25, ktorého výstup je cez prvú obtokovú trojcestnú armatúru 232 prepojený obehovým potrubím 24 so vstupom bioreaktora 26, v ktorého vnútornom priestore je uložené vopred určené množstvo nosiča 1 biomasy, určeného na osídlenie kvasinkami alebo už týmito kvasinkami osídleného. Z bioreaktora 26 pokračuje obehové potrubie 24 do fermentačných kadí 35. do ktorých je vyústené cez vstupné trojcestné armatúry 238 fermentačných kadí 35.

Medzi druhou obtokovou trojcestnou armatúrou 233 bioreaktora 26 a fermentačnými kaďami 35 môže byť do obehového potrubia 24 vložený odstraňovač 27 horkých kalov opatrený výpusťou 241 kalov a neznázomeným zariadením na odvod CO2.

Prvá obtoková trojcestná armatúra 232 a druhá obtoková trojcestná armatúra 233 sú prepojené obtokovým potrubím 34 (by-pass), do ktorého je vložená odvodná trojcestná armatúra 236, ktorá pri tomto vyhotovení slúži na prívod a odvádzanie suspenzie pivovarských kvasníc v mladine, slúžiacich na osídľovanie nosiča 1 biomasy pred zahájením fermentácie. Na odvodnú trojcestnú armatúru 236 nadväzuje odvádzacie potrubie 33.

Výstupné trojcestné armatúry 237 zásobníkov 22 sú odvodným sanitačným potrubím 32 prepojené so sanitačnou stanicou 31, z ktorej vystupuje prívodné sanitačné potrubie 30, ktoré je

• ·· • · • ···	• · • · • ·	·· • · ··	··	• ·
• •	• •
• · ·	• ·	• ·	•	•
• · ··	··	··	··		··

prepojené so vstupnou trojcestnou armatúrou 238 poslednej fermentačnej kade 35, čím je prepojiteľné s obehovým potrubím 24.

Do prívodného sanitačného potrubia 30 je vložená sanitačná trojcestná armatúra 235. ktorej tretí výstup je pomocným prívodným sanitačným potrubím 301 prepojený cez pomocnú sanitačnú trojcestnú armatúru 2351 s umývacími hlavicami 29, umiestnenými v hornej časti vnútorného priestoru zásobníkov 22.

Pred zahájením fermentácie sa najskôr uskutoční známym spôsobom sanitácia celého zariadenia, pri ktorej sanitačný prostriedok preteká mimo bioreaktora 26 obtokovým potrubím 34 a vracia sa do sanitačnej stanice 31 odvodným sanitačným potrubím 32. Po ukončení sanitácie zariadenia sa uskutoční sanitácia bioreaktora 26 s nosičom 1 biomasy horúcou vodou ako v príkladoch 5 až 8 alebo horúcou vodou s dezinfekčným prostriedkoma po jej ukončení sa do bioreaktora 26 cez odvádzacie potrubie 33 odvodnú trojcestnú armatúru 236, odtokové potrubie 34, prvú obtokovú trojcestnú armatúru 232 a časť obehového potrubia 24 napustí podľa jeho objemu vhodné množstvo suspenzie pivovarských kvasníc v mladine, čím sa zaháji osídľovanie povrchu nosiča 1 biomasy kvasinkami, ktoré trvá najdlhšie 48 hodín, v závislosti najmä na vyššie opísaných vlastnostiach povrchu vlákien systémov U, 12, 13 nití nosiča 1 biomasy. Po ukončení osídľovania povrchu nosiča 1 biomasy kvasinkami sa mladina s prebytočnými voľnými kvasinkami vypustí rovnakou cestou do odvádzacieho potrubia 33.

Medzitým bol aspoň jeden zo zásobníkov 22 naplnený čerstvou mladinou. Fermentácia sa zaháji po otvorení výstupnej trojcestnej armatúry 237 jedného zo zásobníkov 22, z ktorého nefermentovaná mladina pomocným obehovým potrubím 242 priteká k vstupnej trojcestnej armatúre 231 fermentačného okruhu, ktorá je otvorená v smere k Čerpadlu 25, ktorým je mladina malou rýchlosťou vytláčaná cez obehové potrubie 24 a prvú obtokovú trojcestnú armatúru 232 do bioreaktora 26, v ktorého vnútornom priestore obteká povrch nosiča 1 biomasy, osídlený kvasinkami. V bioreaktore 26 začína mladina fermentovať, pričom vzniká CO2, ktorý fermentujúcu mladinu premiešava a udržuje nosič 1 biomasy vo vznose, takže jeho povrch je stále v styku s mladinou. Pri prechode bioreaktorom 26 je mladina čiastočne fermentovaná a zároveň so sebou unáša kvasinky uvoľnené z povrchu nosiča 1 biomasy. po prechode bioreaktorom 26 fermentuje mladina asi z 50 - 70 %. Po prechode bioreaktorom 26 je mladina obsahujúca uvoľnené kvasinky odvádzaná obehovým potrubím 24 do niektorej z fermentačných kadí 35, v ktorej sa proces fermentácie dokončí. Pritom môže prechádzať cez odstraňovač horkých kalov a naznázornené zariadenie na odvod CO2. Dokončenie procesu fermentácie vo fermentačných kadiach trvá maximálne tri dni.

• ·· • · • ···	• · • · • 9	·· • · ··	·· · • · · · • · ·
• · · ·	99	··	• · 99

Po vyprázdnení jedného zásobníka 22 sa otvorí výstupná trojcestná armatúra 237 druhého zásobníka 22, ktorý bol medzitým naplnený Čerstvou mladinou a k vstupnej trojcestnej armatúre 231 fermentačného okruhu je privádzaná nefermentovaná mladina z druhého zásobníka 22. Vyprázdnený prvý zásobník sa sanituje privedením sanitačného prostriedku zo sanitačnej stanice 31 prívodným sanitačným potrubím 30 k sanitačnej trojcestnej armatúre 235. ktorá sa otvorí v smere do pomocného prívodného sanitačného potrubia 301, ktorým sanitačný prostriedok preteká k pomocnej sanitačnej trojcestnej armatúre 2351 otvorenej v smere do prázdneho zásobníka 22, do ktorého vteká cez umývaciu hlavicu 29. Zo zásobníka 22 odteká sanitačný prostriedok výstupnou trojcestnou armatúrou 231 zásobníka cez odvodné sanitačné potrubie 32 do sanitačnej stanice 31.·

Po 10-30 cykloch sa uskutočňuje sanitácia celého zariadenia sanitačným prostriedkom a sanitácia bioreaktora 26 s nosičom 1 biomasy horúcou vodou, ako je opísané vyššie.

• ··	··	··	··	•
·· ·	•	•	•	•	•	•	··
• ···	•	•	··	•	•	•
• · ·	•	•	•	•	•	•	•
··· ··	··	··	··	···

Zoznam vzťahových značiek

1	nosič biomasy	28	odstraňovač peny
11	prvý systém nití	29	umývacia hlavica
111	slučky	30	prívodné sanitačné potrubie
12	druhý systém nití	301	pomocné prívodné sanitačné potrubie
13	tretí systém nití	31	sanitačná stanica
21	prívod substrátu	32	odvodné sanitačné potrubie
211	prívodná armatúra	33	odvádzacie potrubie
212	prívodná trojcestná armatúra	34	obtokové potrubie (by-pas)
22	zásobník	35	fermentačná kád’a
221	prvý zásobník
222	druhý zásobník
231	vstupná trojcestná armatúra
	fermentačného okruhu
232	prvá obtoková trojcestná armatúra
233	druhá obtoková trojcestná armatúra
234	odkaľovacia trojcestná armatúra
235	sanitačná trojcestná armatúra
2351	pomocná sanitačná trojcestná
	armatúra
236	odvodná trojcestná armatúra
237	výstupná trojcestná armatúra
	zásobníka
238	vstupná trojcestná armatúra kvasnej kádi
24	obehové potrubie
241	výpust’
242	pomocné obehové potrubie
25	obehové čerpadlo
26	bioreaktor
261	odnímateľný kužeľ
262	prielez
263	nosný kôš
27	odstraňovač horkých kalov

Claims (17)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Nosič biomasy tvorený sústavou vlákien, z ktorých aspoň časť je usporiadaná do slučiek, vyznačujúci sa tým, že vlákna sú usporiadané do nití, ktoré tvoria trojicu systémov (11, 12, 13) nití, kde prvý systém (11) nití je usporiadaný do striedavých slučiek, ktoré tvoria objem nosiča biomasy, pričom naprieč prvým systémom (11) nití po dl žke nosiča biomasy prechádza druhý systém (12) nití tvorený základnou niťou, pričom slučky prvého systému (11) nití sú k základnej niti pripojené obtočením obtáčaciou niťou, tvoriacou tretí systém (13) nití, ktorá upevňuje slučky prvého systému (11) nití na základnú niť, slúžiacu ako nosná niť nosiča biomasy.
2. 2. Nosič biomasy podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že aspoň časť vlákien prvého systému (11) nití je tvorená chemickými vláknami s lesklým povrchom, ktoré neobsahujú T1O2.
3. 3. Spôsob osídlovania nosiča biomasy, tvoreného sústavou vlákien podľa niektorého z nárokov

   1 alebo 2, mikroorganizmami vbioreaktore, vyznačujúci sa tým, že k nosiču (1) biomasy v bioreaktore sa privedie suspenzia mikroorganizmov vo fermentovateľnom substráte o sušine 1,0 až 30 % (w/v) a ponechá sa v kontakte s nosičom (1) biomasy pri teplote 0 až 30° C počas 10 až 48 hodín, potom sa suspenzia vypustí, čím je nosič (1) biomasy dostatočne osídlený mikroorganizmami a môže byť použitý k následnej vsádzkovej fermentácii fermentovateľného substrátu bez privádzania mikroorganizmov.
4. 4. Spôsob vsádzkovej fermentácie a osídľovanie nosiča biomasy tvoreného sústavou vlákien podľa niektorého z nárokov 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým,že do bioreaktora, v ktorom je uložené určené množstvo nosiča (1) biomasy sa privedie suspenzia mikroorganizmov vo fermentovateľnom substráte o sušine 1,0 až 30 % (w/v) a bioreaktor sa doplní fermentovateľným substrátom a začne prebiehať proces fermentácie, pri ktorom sa vznikajúcim CO2 udržuje nosič (1) biomasy spolu s voľnými mikroorganizmami vo vznose vo fermentovateľnom substráte, čím sa zaisťuje stály kontakt celého povrchu nosiča (1) biomasy s fermentovateľným substrátom a umožňuje osídľovanie povrchu nosiča (1) biomasy mikroorganizmami, potom sa po dostatočnom osídlení povrchu nosiča (1) biomasy mikroorganizmami substrát vypustí a bioreaktor je pripravený k následnej vsádzkovej fermentácii fermentovateľného substrátu bez privádzania mikroorganizmov.

   • ·· • · • ··· ·· • · • · ·· • · ·· ·· · • · ·· • · · • · ·· ·· ·· ·· ··
5. 5. Spôsob podľa niektorého z nárokov 3 alebo 4, vyznačujúci sa tým, že fermentovateľný substrát obsahujúci mikroorganizmy sa počas osídľovania nosiča (1) biomasy uvedie do pohybu, pričom prechádza okolo povrchu nosiča (1) biomasy.
6. 6. Spôsob vsádzkovej fermentácie fermentovateľného substrátu živými mikroorganizmami v kvasnom priemysle, najmä pivovarníctve, pri výrobe vína, octu a ďalších fermentovaných výrobkov, pri ktorom je mikroorganizmami spôsobom podľa niektorého z nárokov 3 až 6 osídlený nosič (1) biomasy podľa niektorého z nárokov 1 alebo 2, vyznačujúci sa t ý m , že na povrch mikroorganizmami skôr osídleného nosiča (1) biomasy sa privedie fermentovateľný substrát, ktorý sa tým uvedie do kontaktu s povrchom nosiča (1) biomasy osídleným mikroorganizmami, ktorý zaháji fermentáciu, pričom sa mikroorganizmy uvoľňujú s povrchu nosiča (1) biomasy, vyvíjajú sa v substráte a osídľujú povrch nosiča (1) biomasy a nosič (1) biomasy sa pomocou CO2 vznikajúceho pri fermentácii udržuje spolu s voľnými mikroorganizmami vo vznose vo fermentovateľnom substráte, čím sa zaisťuje stály kontakt celého povrchu osídleného nosiča (1) biomasy so substrátom, čím sa akceleruje a intenzifikuje proces vsádzkovej fermentácie.
7. 7. Spôsob vsádzkovej fermentácie podľa nároku 6, vyznačujúci sa tým, že nosič (1) biomasy osídlený mikroorganizmamy je uložený v bioreaktore, do ktorého sa privedie fermentovateľný substrát, ktorý ním v uzavretom fermentačnom okruhu preteká, pričom obteká povrch nosiča (1) biomasy, v bioreaktore je fermentovaný a unáša so sebou voľné mikroorganizmy, takže fermentácia prebieha v celom uzavretom fermentačnom okruhu pri teplote 0 až 40° C a urýchľuje sa pri každom prechode substrátu bioreaktorom, pričom sa fermentácia ukončí do 24 až 72 hodín znížením koncentrácie fermentovateľného substrátu na vopred stanovenú hodnotu, čím sa dosiahne skrátenie času vsádzkovej fermentácie obvyklej pre príslušný fermentovateľný substrát.
8. 8. Spôsob vsádzkovej fermentácie podľa nároku 6, vyznačujúci sa tým , že nosič (1) biomasy osídlený mikroorganizmami je uložený v bioreaktore, ktorým v otvorenom fermentačnom okruhu preteká fermentovateľný substrát, ktorý obteká mikroorganizmami osídlený povrch nosiča (1) biomasy a je fermentovaný, pričom rýchlosť prietoku substrátu bioreaktorom sa zvolí taká, aby substrát bol na výstupe z bioreaktora fermentovaný z 50 až 60 %, pri prietoku bioreaktorom substrát so sebou unáša voľné mikroorganizmy a odvádza sa do fermentačných kadí, v ktorých sa fermentačný proces ukončí do 72 hodín poklesom koncentrácie fermentovateľného substrátu na vopred stanovenú hodnotu, čím sa dosiahne skrátenie času fermentácie obvyklej pre príslušný fermentovateľný substrát.

   iO

   • ·· ·· ·· ·· • · • • • · • • « • ··· • • ·· • • • · · • • • · * • ·· ·· ·· ·· ·· •
9. 9. Spôsob sanitácie fermentačného zariadenia na uskutočňovanie spôsobu vsádzkovej fermentácie podľa niektorého z nárokov 6 až 8 obsahujúceho bioreaktor s nosičom (1) biomasy, podľa niektorého z nárokov 1 alebo 2 osídleným mikroorganizmami, vyznačujúci sa tým, že fermentačné zariadenie s výnimkou bioreaktora sa sanituje známym sanitačným prostriedkom známym spôsobom a bioreaktor s nosičom (1) biomasy sa sanituje oddelene, čím sa dosiahne dostatočná sanitácia fermentačného zariadenia aj bioreaktora s nosičom (1) biomasy a zároveň sa aspoň čiastočne zachová osídlenie nosiča (1) biomasy mikroorganizmami.
10. 10. Zariadenie na vsádzkovú fermentáciu substrátov, najmä mladiny pri výrobe piva, spôsobom podľa nároku 6 alebo 7, obsahujúce zásobník (22) fermentovateľného substrátu, vyznačujúce sa tým, že zásobník (22) je cez čerpadlo (25) prepojený so vstupom bioreaktora (26), v ktorom je uložený nosič (l) biomasy, tvorený sústavou vlákien a osídlený mikroorganizmami, pričom výstup bioreaktora (26) je prepojený so zásobníkom (22) do uzavretého vsádzkového fermentačného okruhu, ktorý je prepojiteľný s odvádzacím potrubím (33).
11. 11. Zariadenie podľa nároku 10, vyznačujúce sa tým, že medzi výstupom bioreaktora (26) a zásobníkom (22) je v uzavretom vsádzkovom fermentačnom okruhu vložený odstraňovač (27) horkých kalov s odstraňovačom (28) peny a CO₂.
12. 12. Zariadenie na vsádzkovú fermentáciu mladiny pri výrobe piva, spôsobom podľa nároku 6 alebo 8, obsahujúce aspoň jeden zásobník (22) fermentovateľného substrátu prepojený cez čerpadlo (25) s fermentačnými kaďami (35) v otovrenom vsádzkovom fermentačnom okruhu, vyznačujúci sa t ý m , že v otvorenom fermentačnom okruhu je pred fermentačnými kaďami (35) vložený bioreaktor (26), v ktorom je uložený nosič (1) biomasy, tvorený sústavou vlákien a osídlený mikroorganizmami.
13. 13. Zariadenie na vsádzkovú fermentáciu substrátov, najmä mladiny pri výrobe piva, spôsobom podľa nároku 4 alebo 5, vyznačujúci sa tým, že obsahuje bioreaktor (26), v ktorom je uložený nosič (1) biomasy osídlený mikroorganizmami, pričom bioreaktor (26) je počas fermentácie uzavierateľný a je upravený na vynímanie nosiča (1) biomasy pri sanitácii.

    2i

    • ·· ·· ·· • · • · • • • • • • • · • ··· • • ·· • * • · · • • • • • • • · ·· ·· • · ·· • ·
14. 14. Zariadenie podľa niektorého z nárokov lOažl 3, vyznačujúce sa tým, že nosič (1) biomasy je uložený v dolnej časti bioreaktora (26) s voľným priestorom okolo stien bioreaktora (26).
15. 15. Zariadenie podľa niektorého z nárokov 10 až 14, vyznačujúce sa tým, že nosič (1) biomasy je uložený v bioreaktore (26) v nosnom koši (263) s otvormi na prechod substrátu.
16. 16. Zariadenie podľa niektorého z nárokov 10 až 12, 14, 15 na uskutočňovanie sanitácie spôsobom podľa nároku 9, vyznačujúce sa tým, že na fermentačný okruh je pripojená sanitačná stanica (31), obsahujúca aspoň dve od seba oddeliteľné sanitačné jednotky, pričom bioreaktor (26) je opatrený obtokovým potrubím (34) pripojeným na fermentačný okruh pomocou dvojice trojcestných armatúr (232, 233), umožňujúcich uzatvorenie prietoku bioreaktorom (26) pri sanitácii sanitačným prostriedkom a otvorenie prietoku bioreaktorom (26) pri jeho oddelenej sanitácii.
17. 17. Zariadenie podľa niektorého z nárokov 13ažl 5, vyznačujúce sa tým , že na bioreaktor (26) je pripojená sanitačná stanica (31), obsahujúca aspoň dve od seba oddelené sanitačné jednotky.