DD278461A1 - Verfahren zur inaktivierung von mikroorganismen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Inaktivierung von Mikroorganismen. Die erfinderische Loesung besteht darin, dass man die zu inaktivierende Mikroorganismensuspension bei einer Temperatur von 20 bis 45C mit Essigsaeure vermischt und nach einer Einwirkungszeit von 5 bis 60 Minuten erneut einer Kultivierung unterzieht, wobei das Verfahren ein- oder mehrstufig durchgefuehrt werden kann. Das vorliegende Verfahren fuehrt zu einer Verringerung des energetischen und apparativen Aufwandes bei der Inaktivierung von Mikroorganismen.
Description
Hierzu 1 Seite Zeichnungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Inaktivierung von Mikroorganismen. Sie ist anwendbar zur Herstellung mikrobieller Biomasse (beispielsweise für die Herstellung von Einzellarprotein).
Für verschiedene mikrobiologische Verfahren, z. B. für die Kopplung mikrobieller Systeme nach dem Prinzip der Kaskade, kann es vorteilhaft sein, die jeweils eingesetzten Mikroorganismen nach der Kultivierung zu inaktivieren. Die üblichen Verfahren zur Sterilisation und Desinfektion (Wallhäußer, K.-H., Sterilisation, Desinfektion, Konservierung, Stuttgart, 1978) sind aus ökonomischen und toxikologischen Gründen nicht anwendbar. Aus diesem Grund wurden mehrere Verfahren entwickelt, mit deren Hi:fe suspendierte Mikroorganismen inaktiviert bzw. abgetötet werden können.
So ist ein Verfahren bekannt, DE-OS 2645386, bei dem zur Inaktivierung von Bakterien Monoperschwefelsäure eingesetzt wird. Das Verfahren hat den Nachteil, daß der Einsatz dieser Substanz die Ökonomie des Verfahrens, besonders beim Vorliegen großer Mengen an Mikroorganismensuspension, stark belastet und außerdem die Abwasserqualität verschlechtert. Es ist daher nur für spezielle Fälle geeignet.
Nach einem anderen Verfahren, GB 1 563392, wird Formaldehyd zur Abtötung von Bakterien eingesetzt. Die Verwendung von Formaldehyd ist problematisch (toxikologische Bedenken). Die in dieser Patentschrift außerdem genannten Verfahren wie Hitzeschock (50-60°C) und pH-Schock haben folgende Nachteile:
a) der pH-Schock ist wenig wirksam und führt zu einer starken Salzbelastung des Abwassers
b) der Hitzeschock reduziert die Zellausbeute und bewirkt eine starke Belastung des Abwassers mit organischen Substanzen. Nach einem weiteren Verfahren, DD-PS 256330, wird eine Abtötung von Mikroorganismen durch Vermischen einer Mikroorganismensuspension mit heißer Schlempe erreicht. Das Verfahren hat den Nachteil, daß Schlempe nicht überall verfügbar und aufgrund ihrer komplexen Zusammensetzung nur begrenzt einsetzbar ist.
Ziel der Erfindung ist eine Verringerung des Aufwandes an thermischer Energie, eine Reduzierung des apparativen Aufwandes und eine Senkung der Abwasserbelastung bei der Inaktivierung von Mikroorganismen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch den Einsatz spezieller Hilfsstoffe den energetischen und apparativen Aufwand sowie die Belastung des Abwassers bei der Inaktivierung - on Mikroorganismen zu reduzieren.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß man die joweils vorliegenden Mikroorganismensuspension mit Essigsäure vermischt und anschließend erneut einer Kultivierung unterzieht.
Die Verfahrensweise ist im einzelnen folgende: Der Fermentorablauf einer Kultivierungsstufe wird bei einer Temperatur im Bereich von 30 bis 45"C mit Essigsäure vermischt und 5 bis 60 Minuten unter diesen Bedingungen belassen. Die Essigsäurekonzentration wird so eingestellt, daß sie im Bereich von 0,5 bis 10Ma.-% liegt. Den pH-Wert, der einen Wert im Bereich von 2 bis 4,5 haben soll, stellt man mit der zugefügten Essigsäure ein. Im Bedarfsfall kann zur Einstellung des pH-Wertes auch eine Mineralsäure zusätzlich zur Essigsäure verwendet werden, beispielsweise Schwefelsäure.
Der inaktivierte Fermentorablauf wird anschließend einer Prozeßstufe Kultivierung zugeführt, in der man mit aktiven Mikroorganismen eine Kultivierung in bekannter Art und Weise ein- oder mehrstufig durchführt.
In den folgenden Beispielen wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.
In einem Fermentor 1 mit einem Bruttovolumen von 301 wurden kontinuierlich Hefen der Art C. utilis bei einem pH-Wert von 4 und bei einer Temperatur von 32°C gezüchtet (Figur 1). Die Masse des Fermentorinhaltes b'.'trug 12 kg. Durch die Zuleitung 7,8
und 9 wurden dem Fermentor 1 400g/l einer Lösung mit 25Ma.-% Saccharose, 200g/h einer Nährsalzlösung üblicher Zusammensetzung und 840g/h Wasser zudosiert. Die Belüftung erfolgte durch die Zuleitung 6. Weiterhin wurde dem Fermentor 1 über die Rückführleitung 15 inaktiviertor Fermentorablauf in einur Menge von 1560g/h zugeführt, der eine Biomassekonzentration von 5,1 Ma.-% und eine Essigsäurekonzentration von 3,85 Ma.-% aufwies. Die Essigsäure diente zusammen mit der Saccharose als Kohlenstoffquelle. Der Gesamtzulauf zum Fermentor 1 betrug somit 3 kg/h, entsprechend einer Verdünnungsrate von D = 0,25h"1. Unter diesen Bedingungen wurde eine Produktivität, bezogen auf die gebildete Biomasse, von 6,6g Hefebiomasse/kg h erzielt.
Der Fermentorablauf enthielt eine Biomassekonzentration von 5,3Ma.-%. Dieser Fermentorablauf wurde in zwei gleichgroße Teilströme geteilt. Der eine Teilstrom wurde über die Zuleitung 13 in einer Menge von 1,5kg/h der Inaktivierungsvorrichtung 3 zugeführt, dort mit einer Menge von 60g Essigsäure/h vermischt und 40 Minuten bei einer Temperatur von 35°C in der Inaktivierungsvorrichtung 3 belassen. Bei dem sich einstellenden pH-Wert von 3,0 wurden auf diese Art und Weise 95,3% der zugeführten Hefezellen inaktiviert. Der gesamte inaktivierte Fermentorablauf wurde über die Leitung 15 in den Fermentor 1 zurückgeführt.
Der andere Teilstrom wurde in einer Menge von 1,5kg/h über die Leitung 14 der Trennstufe 4 zugeführt. Hier erfolgte eine Konzentrierung der Biomasse auf 17,3Ma.-%. Das abgetrennte Wasser wurde in einer Menge von 1040g/h über die Leitung 17 abgeführt. Das Hefekonzentrat wurde über die Leitung 18 in eine Trockenvorrichtung 5 dosiert und dort bei 1100C getrocknet. Man erhielt eine Ausbeute eines Trockenproduktes 19 von 1980g, bezogen auf 24 Stunden, das einen Feuchtigkeitsgehalt von 4 Ma.-% aufwies. Über die Leitung 20 wurde Wasserdampf abgeführt.
In einem Fermentor 1 mit einem Bruttovolumen von 3Ol und einem Fermentorinhalt von 12 kg wurden kontinuierlich Hefen der Art C. utilis bei einem pH-Wert von 4 und bei äiner Temperatur von 3b"C gezüchtet iFigui 2). Durch die Zuleitung 7 und 8 wurden dem Fermentor 1 550g/h einer Lösung mit 25Ma.-% Saccharose und 265g/h einer üblichen Nährsalzlösung zudosiert. Durch die Zuleitung 6 wurde Luft eingetragen. Weiterhin wurde dem Fermentor 1 über die Leitung 15 inaktivierter Fermentorablauf in einer Menge von 2 '85g/h zugeführt, der eine Biomassekonzentration von 11,6Ma.-% ur.d eine Essigsäurekonzentration von 3,9 Ma.-% aufwies. Bei einer Verdünnungsrate von D = 0,25 h"' wurde eine Produktivität, bezogen auf die gebildete Biomasse, von 9,05g Hefebiomasse/kg h erzielt. Der Fermentorablauf enthielt Biomasse in einer Konzentration von 12,07 Ma.-%. Dieser Fermentorablauf wurde in zwei unterschiedliche Teilströme ge'eilt. Der größere Teilstrom wurde über die Zuleitung 13 in eine Menge von 2,1 kg/h der Inaktivierungsvorrichtung 3 zugeführt. Zugleich wurde der Inaktivierungsvorrichtung 3 über die Leitung 10 Essigsäure in einer Menge von 85g/h zudosiert und mit dem Fermentorablauf vermischt. Bei einer Temperatur von 35°C und einem pH-Wert von 3 wurde der Fermentorablauf 40 Minuten in der Inaktivierungsvorrichtung belassen, wodurch 95% der Hefezellen inaktiviert wurden. Der gesamte inaktivierte Fermentorablauf wurde über die Leitung 15 in den Fermentor 1 zurückgeführt.
Der andere Teil des Fermentorablaufes wurde nach einer Sterilisationsbehandlung über die Leitung 21 direkt einer Flüssigverfütterung zugeführt. Es wurde auf diese Weise ein Produktausstoß von 21,6kg, bezogen auf 24 Stunden, erhalten, wobei die Konzentration der Hefebiomasse 12Ma.-% betrug. Das entspricht einer Menge von 2,6kg Hefetrockensubstanz.
In einer zweistufigen Fermentationsanlage, bestehend aus zwei Fermentoren 1 und 2 mit einem Brottovolumen von je3OI, wurden kontinuierlich Hefen der Art C. utilis gezüchtet. Durch Regelung wurde in beiden Fürmentoren eine Temperatur von 33 0C und ein pH-Wert von 4,2 eingestellt. Die Belüftung der Fermentoren erfolgte durch die "uleitung 6 (Figur 3). In den Fermentor 1 wurde über die Leitung 7 eine Lösung mit 40Ma.-% Saccharose in einer Menge von 415g/h dosiert. Außerdem wurden über die Leitungen 8 und 9 200g/h Nährsalzlösung bzw. 2385g/h Wasser dosiert, so daß der Gesamtzulauf zu Fermentor 1 3000g/h betrug, was einer Verdünnungsrate von D = 0,25h"1 entsprach. Unter diesen Bedingungen wurde im Fermentor 1 eine Produktivität von 7,1 g Hefebiomasse/kg h bei einem Ausbeutekoeffizienten, bezogen auf Saccharose, von 51,3% erreicht. Der Ablauf der ersten Fermentationsstufe, der Hefebiomasse in einer Konzentration von 2,84 Ma.-% enthielt, wurde anschließend in einer Menge von 3000g/h kontinuierlich einer Inaktivierungsvorrichtung 3 zugeführt. Gleichzeitig wurden über die Leitung 10 100g Essigsäure/h eingetragen und mit dem Fermentorablauf vermischt. Der so behandelte Fermentorablauf wurde bei einer Temperatur von 350C und bei einem pH-Wert von 3,1 für die Dauer von 40 Minuten in der Inaktivierungsvorrichtung belassen, wodurch eine Inaktivierung von 92,5% der Hefezellen bewirkt wurde.
Der inaktivierte Fermentorablauf wurde anschließend in einer Menge von 3100g/h über die Leitung 16 in den Fermentor 2 überführt. Zusätzlich wurdet; ^m Fermentor 2 über die Zuleitungen 7 und 8 eine Lösung mit 40Ma.-% Saccharose in einer Menge von 250g/h sowie 200g/h einer üblichen Nährsalzlösung zudosiert. Der Gesamtzulauf zu Fermentor 2 betrug 3550g/h, was bei einer Füllmasse von 13kg einer Verdünnungsrate von D = 0,273h"1 entsprach. Die Kultivierung der Hefebiomasse erfolgte in der zweiten Fermentationsstufe somit auf der Basis von Saccharose und Essigsäure. Unter diesen Bedingungen wurde in der zweiten Fermentationsstufe eine Produktivität, bezogen auf neu gebildete Hefebiomasse, von 7,45g Hefebiomasse/kg h erreicht.
Der Ablauf der zweiten Fermentationsstufe, der Hefebiomasse in einer Konzentration vo 15,13 Ma.-% enthielt, wurde anschließend in einer Menge von 3,55kg/h über die Leitung 12 der Trennstufe 4 zugeführt. Nach Abtrennung einer Wassermenge von 2,55kg/h, die über die Leitung 17 abgeführt wurde, erhielt man 1000g/h Hefebiomasse mit einer Konzentration von 18,2 Ma.-%, die danach über Leitung 18 der Trockenstufe 5 zugeführt wurde. Nach einer Trocknung bei 1100C erhielt man ein Hefetrockenprodukt 19 mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 3,5Ma.-% in einer Ausbeute von 4,5 kg, bezogen auf 24Stunden. Über die Leitung 20 wurde Wasserdampf aus der Trockenstufe 5 abgeführt.
In einer zweistufigen Fermentationsanlage, bestehend aus zwei Fermentoren 1 und 2 mit einem Bruttovolumen von je 301, wurden kontinuierlich Hefen der Art C. utilis gezüchtet. Durch Regelung wurde in beiden Fermentoren eineTemperaturvon 330C und ein pH-Wert von 4,2 eingestellt. Die Belüftung der Fermentoren erfolgte durch die Zuleitung 6 (Figur 3). In den Fermentor 1 wurde über die Leitung 7 eine Lösung mit 40Ma.-% Saccharose in einer Menge von 290g/h dosiert. Außerdem wurden über die
Leitungen 8 und 9 150g/h Nährsalzlösung bzw. 2560g/h Wasser dosiert, so daß der Gesamtzulauf zu Fermentor 1 3000g/h betrug, was einer Verdünnungsrate von D = 0,25h"' entsprach. Unter diesen Bedingungen wurde im Fermentor 1 eine Produktivität von 5g Hefebiomasse/kg h bei einem Ausbeutekoeffizienten, bezogen auf Saccharose, von 51,7% erreicht. Der Ablauf der ersten Fermentationsstufe, der Hefebiomasse in einer Konzentration von 2 Ma.-% enthielt, wurde anschließend in einer Menge von 3000g/h einer Inaktivierungsvorrichtung 3 zugeführt. Gleichzeitig wurden über die Leitung 10 65g Essigsäure/h eingetragen . ind mit dem Fermentorablauf vermischt. Der so behandelte Fermentorablauf wurde bei einer Temperatur von 420C und be' f mem pH-Wert von 3,5 für die Dauer von 15 Minuten in der Inaktivierungsvorrichtung belassen, wodurch eine Inaktivierung von 91,3% der Hefezellen bewirkt wurde.
Der inaktivierte Fermentorablauf wurde anschließend in einer Menge von 3065g/h über die Leitung 16 in den Fermentor 2 überführt. Zusätzlich wurden dem Fermentor 2 über die Zuleitungen 7 und 8 eine Lösung mit 40Ma.-% Saccharose in einer Menge von 150g/h sowie 155g/h einer üblichen Nährsalzlösung zudosiert. Der Gesamtzulauf zu Fermentor 2 betrug 3370g/h, was bei einer Füllmasse von 13kg einer Verdünnungsrate von D = 0,259h"1 entsprach. Die Kultivierung der Hefebiomasse erfolgte in der zweiten Fermentationsstufe somit auf der Basis von Saccharose und Essigsäure. Unter diesen Bedingungen wurde in der zweiten Fermentationsstufe eine Produktivität, bezogen auf neu gebildete Hefebiomasse, von 4,69g Hefebiomasse/kg h erreicht.
Der Ablauf der zweiten Fermentationsstufe, der Hefebiomasse in einer Konzentration von 3,6Ma.-% enthielt, wurde anschließend in einer Menge von 3,37 kg/h üL ->r die Leitung 12 der Trennstufe 4 zugeführt. Nach Abtrennung einer Wassermenge von 2,7 kg/h, die über die Leitung 17 abgeführt wurde, erhielt man 672g/h Hefebiomasse mit einer Konzentration von 18Ma.-%, die danach über Leitung 18der Trockenstufe 5 zugeführt wurde. Na-;h einer Trocknung bei 110°Cerhieltmanein Hefetrockenprodukt 19mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 3Ma.-% in einer Ausbeute von 3kg, bezogen auf 24 Stunden. Über die Leitung 20 wurde Wasserdampf aus der Trockenstufe 5 abgeführt.
Claims (3)
1. Verfahren zur Inaktivierung von Mikroorganismen, dadurch gekennzeichnet, daß man die zu inaktivierende Mikroorganismensuspension mit Essigsäure bei einerTemperatur im Bereich von 20 bis 45°C vermischt und nach einer Einwirkungszeit von 5 bis 60 Minuten erneut einer Kultivierung unterzieht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Essigsäurekonzentration nach der Vermischung im Bereich von 0,5 bis 10Ma.-% liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mikroorganismensuspension ein pH-Wert im Bereich von 2 bis 4,5 eingestellt wird.
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|---|---|---|---|---|
| US9243714B2 (en) | 2013-10-07 | 2016-01-26 | Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG | Sealing system and retractable assembly including such |
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1988
- 1988-12-22 DD DD32364988A patent/DD278461A1/de not_active IP Right Cessation
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