199557. lajstromszámú szabadalom • Fermentációs berendezés mikroorganizmusok aerob tenyésztésére
nu jyyDO/ a 2 A találmány tárgya fermentációs berendezés mikroorganizmusok aerob tenyésztésére, amely berendezés két végén félkör alakban lezárt, fűthető, hűthető, kettősfalú hengeres testből áll, amelyben forgó tengelyre legalább két keverő van szerelve és amelyben légbevezető nyílás, légelvezető nyílás és legalább egy adagoló- és mintavevőcsonk, és legalább egy mérőhely van. A mikroorganizmusok technológiai-szerű felhasználása a különböző gyártási folyamatokban azóta terjedt el fokozott mértékben, mióta a penicillin felfedezése és nagyüzemi előállítása kapcsán kidolgozták az aerob mikroorganizmusok mélykultúrás tenyésztésének módszerét. Ezt a kevertetésen és levegőztetésen alapuló módszert az elmúlt több mint 40 évben tökéletesítették, illetve több irányban továbbfejlesztették, amelyekről kézikönyvekben is bőségesen olvashatunk (pl. Biotechnology Vol. 2. Editor: H. Brauer, 1985). Ha eltekintünk a speciális célú készülékektől, pl. szövettenyésztésre alkalmazott, szennyvíztisztító reaktor, stb„ a fejlesztés fő iránya a fermentor geometriai formáinak, a méretek arányainak, a keverők alakjának kutatására, fejlesztésére irányult, annak érdekében, hogy a legelterjedtebb felhasználási területre az antibiotikum enzim és aminosav-gyártásra univerzálisan használható fermentort alakítsanak ki. E technológiákra általában jellemző a nagy oxigénigény. A mikroorganizmusok anyagcseréjéhez szükséges oxigént — mélykultúrás tenyésztési módnál oldott oxigént — kevertetéssel, levegőztetéssel általában biztosítják. A kevertetés, levegőztetés egyidőben és egyszerre több fontos funkciót is ellát: — Biztosítja a fermentlé teljes térfogatában a homogenitást, mind a tápanyageloszlást, mind a kibocsátott anyagcseretermékeket illetően. — Biztosítja az oxigén utánpótlást azáltal, hogy a befutott levegő diszpergálása révén nagy folyadék-gáz határfázist alakít ki, lehetővé téve így az oxigén beoldódását. — Az átfúvott levegő öblítő hatását kihasználva biztosítja a gáznemü anyagcseretermékek eltávolítását. A három funkció közül a legkritikusabb az oxigénutánpótlás megfelelő biztosítása. Minél nagyobb a mikroorganizmus oxigén fogyasztása, annál több levegővel és annál hatékonyabb diszpergálással, azaz kevertetéssel lehet biztosítani az oxigén-felesleget, ami viszont nagyon komoly költségnövelő tényező. így érthető, hogy régóta keresik a módot az említett költségnövelő tényező mérsékelésére. Születtek is megoldások, melyek ha csak részben is, és korlátozott felhasználhatósággal, de megfelelnek ennek az elvárásnak. Ide sorolható a mammut-szivattyú elv, amelynél a keverőt egy nagy átmérőjű, a folyadékszint fölött végződő csővel veszik kö- 2 1 rül, és a levegőt alul a csőbe, a keverő alá fúvatják be. Hasonlóan működik az „air lift loop reaktor" csak itt keverőt nem alkalmaznak. E megoldásoknál kisebb energia-bevitellel lehet mozgatni a folyadékot és viszonylag oxigéndús körülményeket biztosítani a csövön belül, azonban a cső fetején kiömlő tenyészetnek (fermentlének), — amíg a csőbe újra be nem kerül — egy viszonylag hosszú, holt, nem levegőztetett téren kell átmennie, és ezt kevés tenyészet viseli el károsodás nélkül. Előnyösebbnek tűnik a folyadék-sugaras levegőztetés, amelynél egy szivattyú keringteti a tenyészlevet (fermentlét) egy külső körön, úgy hogy a fermentor aljából elszívja és a fermentor dómterében több atmoszférás sugár alakjában visszanyomja a fermentorba (jet-reaktor). Amíg a folyadéksugár a készülék tetejében lévő légtéren megy keresztül, annyi gázt vesz fel, hogy a teljes-fermentortenyészetet képes 02 felesleggel ellátni. E megoldásnál a fajlagos energiaköltség igen kedvező, de a többlet beruházás költsége csak új telepítésnél és bizonyos fermentorméret fölött térül meg. A fajlagos energiaigény csökkentésének szándéka szülte azt az új ún. „TOURS"-fermentor konstrukciót, amely egy horizontálisan elhelyezkedő, körgyűrű-szerű, önmagába visszatérő cső, amelyben a folyadék körben és föl-le is mozog. A viszonylag nagy légtér és a kis hidrosztatikai nyomás előnyös állapotot biztosít az oxigén-ellátásnál, de ennek a készüléknek is megvan az a hátránya, hogy csak új telepítésnél fizetődik ki a többletberuházás, azonkívül igen nagy a helyigénye (A. EINSELE SWISS BIOTECHN. 46/ /1986 p. 21—24). A felsorolt megoldások egyike sem alkalmas arra, hogy kis többletköltséggel a már meglévő hagyományos fermentorok energiaigényének csökkentését biztosítsa. A találmány azon a felismerésen alapul, hogy az oxigénellátás fokozható a befutott levegő ismételt diszpergálásával. A hagyományos készüléknél ugyanis az oxigén bevitel alacsony hatékonyságának a fő oka az a fizikai tény, hogy a keverők által diszpergált levegő gyorsan agglomerálódik és ezáltal lecsökken a folyadék-gáz határfázis, ami a gázcsere lelassulását vonja maga után. Ezt áz agglomerálódást a legalsó keverő fölötti keverők lényegesen nem befolyásolják, mert a buborékoknak csak töredéke jut be azok aktív keverési zónájába, a többi lényeges újra diszpergálás nélkül kikerüli a keverőt, illetve megszökik a készülék belső fala mentén. A találmány feladata olyan berendezés létesítése mikroorganizmusok aerob tenyésztésére, amelynél az energiafelvételi igény csökkenthető és egyidejűleg az oxigénellátás fokozható, azonkívül a már meglévő berendezésekbe utólag beépíthető. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
