DD159011A3 - Verfahren und vorrichtung zur regelung der substratdosierung bei fermentationsprozessen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Substratdosierung beliebiger wasserloeslicher Substrate bei Fermentationsprozessen zur SCP-Produktion. Das Ziel der Erfindung besteht darin, den Fermentationsprozess oekonomischer zu gestalten. Dabei ist die Aufgabe zu loesen, durch ein Verfahren in einer geeigneten Vorrichtung die Substratdosierung zu regeln. Das Wesen der Erfindung besteht darin, aus der aktuellen Substratkonzentration des Fermentationsmediums ein adaequates, fuer Regelzwecke nutzbares elektrisches Signal zu gewinnen. Das wird dadurch erreicht, dass das die Mikroorganismen enthaltende Fermentationsmedium in eine begaste und temperierte Messzelle dosiert wird und der in der Messzelle stattfindende Sauerstoffverbrauch mittels einer Geloest-Sauerstoff-Elektrode gemessen wird und dieses Signal zur Regelung der Substratdosierung genutzt wird.
Description
Titel
Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Substratdosierung bei Pennentationsprozessen
Die Erfindung betrifft ein,Verfahren zur Regelung der Substratdosierung bei Pennentationsprozessen zur Herstellung von Puttereiweiß« Sie ist in die IPK C 12 M einzuordnen*
Die Einstellung der Substratdosierung bei technischen Fermentationsprozessen zur Herstellung von Puttereiweiß' erfolgt bisher manuell auf der Grundlage von Analyseergebnissen über die Restkonzentration. Derartige Analysen werden im Labor nach einschlägigen Methoden durchgeführt. Die Zeitdauer zwischen der Probenahme und dem Vorliegen des Analyseergebnisses kann eine oder mehrere Stunden betragen« Eine Automatisierung dieser Analysenmethoden ist mit einem so hohen technischen Aufwand verbunden, daß sie bisher in der Technik noch nicht eingeführt wurden* Beim Einsatz von Alkoholen oder anderen leicht flüchtigen Substraten ist eine kontinuierliche Messung der Alkoholkonzentration in der Abluft mittels Flammenionisationsdetektor (DE-OS 2440 948) möglich« Dieses Signal kann zur Regelung benutzt v/erden« Dieses Verfahren erfordert jedoch einen hohen technischen Aufwand, um aus der Permentorabluft einen Meßgasstrom ausreichender Konstanz zu 'erzeugen.
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Außerdem wird das Meßergebnis durch stets vorhandenes Aerosol unkontrolliert beeinflußt»
Andere kontinuierliche Signale, wie sie aus Messungen der Abluftzusammensetzung, der Gelöst-Sauerstoff-Konzentration 5 oder des Laugenverbrauchs erhalten werden, sind nur bedingt geeignet zur· Regelung der Substratdosierung, da sie noch von vielen anderen Parametern abhängen. Es wurde bereits ein verbessertes Verfahren zur Regelung der Substratzuführung auf der Basis des Cytochrom-C-Signals vorgeschlagen (WP C 12 B/222 371), jedoch ist auch hier ein außerordentlich hoher technischer Aufwand für das optische System und die elektronische Verarbeitung zum Cytochrom-C-Signal erforderlich»
Ziel der Erfindung ist es, ein einfaches, universell für alle wasserlöslichen Substrate verwendbares Verfahren zur Regelung der Substratdosierung bei Fermentationsprozessen zur Erzeugung von SCP-Biomasse zu entwickeln»
Die Aufgabe der Erfindung ist demgemäß die Gewinnung eines kontinuierlichen elektrischen Signales, das proportional der Restsubstratkonzentration in einem beliebigen Fermentationsmedium ist und für die Steuerung der Substratzuführung genutzt werden kann»
Es wurde gefunden, daß die Mikroorganismen auch außerhalb des Fermentors in einem bei Fermentortemperatur temperierten und mit Luft begasten Gefäß in ihrem Fermentationsmedium weiterwachsen, sofern noch eine ausreichende Menge Restsubstrat vorhanden ist. Bei einer gleichmäßigen Zuflußgeschwindigkeit des Fermentationsmediums in dieses Gefäß und einer gleichmäßigen Zuführung von Luft, bzw, eines sauerstoffhaltigen Gases über eine Gasfilterplatte stellt sich in dieser Meßzelle eine der Restsubstratkonzentration adäquate Gelöst-Sauerstoff-Konzentration ein»
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Die Gelöst-Sauerstoff-Konzentration in der Meßzelle ist um so größer, jejgeringer die Substratkonzentration ist ' und umgekehrt· Aufgrund der kleinen Sauerstoffeintragsleistung der Meßzelle ist diese insbesondere zur Erfassung sehr geringer Substratkonzentrationen geeignet, was bei der Führung technischer Fermentationsprozesse zur Erzeugung von Futtereiweiß besonders vorteilhaft ist« Die Messung der Gelöst-Sauerstoffr-Konzentration in der Meßzelle ist mit handelsüblichen Geräten möglich, Diese Geräte haben ein elektrisches Ausgangssignal, das zu Regelungszwecken benutzt werden kann»
Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen "Verfahrens geeignete Vorrichtung besteht aus einer temperierten Meßzelle, einer Gelöst-Sauerstoff-Elektrode mit dem entsprechenden Meßverstärker und einem Regler für die Substratpumpe, sowie einer- Dosierpumpe für den konstanten Zufluß des Fer- - mentationsmediums in die Meßzelle aus dem Fermentor und einer Luftversorgung mit einer Regelung der Durchflußmenge,, Der Vorteil dieser Erfindung besteht darin, daß sie sich durch einen sehr einfachen, unkomplizierten Aufbau auszeichnet und für beliebige Fermentationsmedien und alle wasserlöslichen Substrate, ?/ie Alkohole, niedere Fettsäuren, Zucker und technische Gemische wie Melasse, Sulfitablauge und Schlempe, genutzt v/erden kann* Voraussetzung ist nur, daß die Mikro-Organismen aus dem jeweiligen Fermentationsmedium auch auf diesem Substrat wachsen, was bei einem Fermentationsprozeß auch .der Fall ist. Diese Voraussetzung bietet gleichzeitig den Vorteil, daß das Fermentationsmedium ohne jede Vorbehandlung sofort eingesetzt wird, im Gegensatz zu den üblichen chemischen und physikalischen Analysen, die alle Aufbereitungsmanipulationen erfordern. Aufgrund der kleinen Sauerstoffeintragsleistung der Meßzelle ist diese insbesondere zur Erfassung sehr· geringer Restsubstratkonzentrationen geeignet, die bei der Führung von Fermentationsprozessen zur Erzeugung von Futtereiweiß vorteilhaft sind.
Zur Anpassung der Vorrichtung an die jeweiligen Eigenschaften des Fermentatiönsmediums können die Zuflußgeschwindigkeit des Fermentationsmediums und die Luftmenge variiert werden*
Ausführungsbeispiel
Die Arbeitsweise der Vorrichtung ergibt sich aus dem folgenden Beispiel.
Die Zeichnung zeigt das Schema der Regelung der Substratdosierung und die Vorrichtung zur Messung der Gelöst-Sauerstoff-Konsentration* Eine Dosiereinrichtung β fördert (' ' · ' eine konstante Menge frisches Fermentationsmedium aus dem Fermentor oder dem Außenkreislauf in die temperierte Meßzelle 1. Über eine Glasfilterplatte 10 wird eine durch einen Luftregler 9 konstant geregelte Luftmenge in die Meßzelle 1 eingeleitet* In der Meßzelle 1 setzen die im Fermentationsmedium befindlichen Mikroorganismen ihr Wachstum auf dem restlichen Substrat fort und verbrauchen eine äquivalente Menge Sauerstoff. Die sich einstellende Gelöst-Sauerstoff-Konzentration wird mit einer handelsüblichen Gelöst-Sauerstoff-Elektrode 2 und dem zugehörigen Meßverstärker 3 gemessen* Das Ausgangssignal des Meßverstärkers wird einer Registriereinrichtung 14 und einem Regler 4 zugeführt, der die Fördermenge des Substratstellgliedes 5 V_- regelt. Das Fermentationsmedium und die Luft verlassen die Meßzelle über das Ablaufrohr 11.
Claims (5)
1« Verfahren zur Regelung der Substratdosierung bei Fermentationsprozessen, gekennzeichnet dadurch, daß das die Mikroorganismen enthaltende Permentationsinedium mittels einer Dosierpumpe in eine mit Luft begaste und temperierte Meßzelle dosiert wird/ der in der Meßzelle stattfindende Sauerstoffverbrauch mittels einer Gelöst-Sauerstoff-Elektrode in bekannter Weise gemessen wird und das Ausgangssignal der Gelöst-Sauerstoff-Elektrode zur Regelung der Substratdosierung in den Fermentor genutzt wird,
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet .dadurch, daß die Temperatur der Meßzelle (1) gleich der Temperatur ist, bei der der jeweilige Fermentationsprozeß durch-5 geführt wird«,
3» Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, ι daß die Menge des in die Meßzelle (1) dosierten Fer— mentationsmediums und die Menge der Luft den jeweiligen Eigenschaften des Fermentationsmediums angepaßt . werden.
4* Verfahren nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß als wasserlösliche Substrate Alkohole, Aldehyde, niedere Fettsäuren, Zucker, Gemische von diesen und technische Produkte wie Melasse, Sulfitablauge, Schlempe und Molke zur Regelung geeignet sind,
5. VsTTiciitu-wa zur Regelung der Substratdosierung bei Fer-
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mentationsprozessen, gekennzeichnet dadurch, daß eine Gelöst-Sauerstoff-Elektrode (2), die sich in einer temperierten mit Zulauf- und Überlaufleitung (12,11) für das Fermentationsmedium versehenen Meßzelle (1) befindet, wobei im Boden der Meßzelle (1) eine Lufteintritt sleitung (13) und darüber eine Frittenplatte (10) angeordnet sind, mit einem Meßverstärker (3) verbunden ist, der wiederum mit einer Registriereinrichtung (14) und einem das Substratstellglied (5) ansteuernden Regler (4) gekoppelt ist«
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| EP0652288A1 (de) * | 1993-11-05 | 1995-05-10 | Hoechst Aktiengesellschaft | Sauerstoffabhängige Fermentation von Mikroorganismen |
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1981
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