202911. lajstromszámú szabadalom • Eljárás felületi fermentációra
1 HU 202 911 B 2 A találmány tárgya eljárás felületi fermentációra, melynek során ismert pórusméretű membránfelület egyik oldalán fermentáló fázist alakítunk ki, a másik oldalán elhelyezzük a fermentálandó anyagot, illetve a tápanyagot, majd az így kialakított rendszert a fermentáció paramétereinek megfelelő körülmények között üzemeltetjük. Az eljárás folyamatos üzemi fermentációra vonatkozik, mely lehetővé teszi különböző biológiai rendszerek (mikroorganizmusok, növényi-, állati, embeti szövetek) gyors elszaporítását és/vagy az általuk végzett általakítási folyamat hatékony és gazdaságos elvégzését. Közelebbről megjelölve az eljárás membránfelületen kialakítottkonverziósszőnyeggelvégzettfelületifermentációt valósít meg. A biológiai iparok (biotechnológiai) fejlődése során a fermentációs technológia is ugrásszerű fejlődésen ment keresztül. A különböző típusú fermentációk gazdaságos elvégzéséhez a sejtek, vagy szövetek fermentálását általában szubmerz rendszerben végzik, amit az jellemez, hogy a fermentáló fázist (a fermentációt végző organizmusokat, sejteket, szöveteket) a tapoldatban (fermentlében) szuszpendálják és szaporítják, majd a fermentáció befejezésével a fermentléből elkülönítik. Az elkülönítésre a technika jelenlegi állása szerint legmodernebb eljárásként tangenciális áramlású mikro- és ultraszűrőket alkalmaznak, melyekkel a fermentáló fázis eltávolítása folyamatosan megoldható. (Moes, H.: Tangential flow membrane filtration in biotechnology separations, Chemical Processing, 1986. Febr. p: 62- 77). A módszer technikai, technológiai szempontból teljesen kielégítő, de figyelmen kívül hagyja azt a tényt, hogy nem minden organizmus termel hatékonyan szubmerz kultúrában és nem alkalmazható olyan fermentációs feladatok megoldására, amelyek csak felületi fermentációval végezhetők el (pl. a Sherry bor gyártása). Ez az eljárás kellő hatékonysággal nem alkalmazható olyan biológiai rendszerek esetében sem, amelyek eredeti élőhelyükön is felületen helyezkednek el. Ezek ugyanis felületi kialakítású technológiai megoldásokban gyorsabban növekszenek, hatékonyabban termelnek. Ismeretesek olyan eljárások, amelyek ezt a lehetőséget használják fel oly módon, hogy vékony tálcában levő folyadék felszínén alakítják ki a fermentáló fázist, s ez alatt lassan áramoltatják a tápoldatot, illetőleg a fermentlevet. Ennek a módszernek, bár kedvezőbben használja ki a rendszer biológiai adottságait, nagy hátránya, hogy technológiai megvalósítása nehézkes, a szabályozási és sterilezési problémák nehezen oldhatók meg, s jelentős élőmunkaigényt támasztanak. Ezenfelül a sejtek fermentlébe kerülése miatt a fermentlé szűrésre szorul, (idevonatkozóan lásd: Crueger, W., Crueger, A.: Biotechnológia, Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, 1987, p: 131). A találmány célkitűzése fenti hiányosságok kiküszöbölése annak felismerésével, hogy különféle biológiai rendszerek (mikroorganizmusok, enzimek, különböző szövetek) felülethez kötötten nagyobb hatékonysággal végzik a számukra hasznos konverziót, vagy nagyobb növekedési erélyt mutatnak. A találmány szerinti eljárásban a fermentációt végző, illetve a szaporítani kívánt biológiai rendszer nem szubmerz formában, vagyis folyadékban szuszpendálva vesz részt az elérni kívánt folyamatban, hanem membránfelületen helyezkedik el azon az oldalon, ahol folyadékmentes tér veszi körül. Szabályozza ennek a térnek kémiai összetételét, fizikai állapotát, befolyásolhatjuk a membránon elhelyezkedő, felnövelt, elszaporítani kívánt, vagy már elszaporodott biológiai rendszer kialakulásának, megjelenési formájának és működésének jellemzőit. Ha tehát oly módon végezzük a fermentációt, hogy a fermentáló fázist membránfilm felületén alakítjuk ki, olyan rendszert nyerünk, amely az eddigieknél egyszerűbb, hatékonyabb, rugalmasabb, amellyel a rendszer biztonságosan kézben tartható, az eddig ismerteknél lényegesen olcsóbb és emellett széles körben alkalmazható. Az eljárás hatékonysága nagyban függ az alkalmazott membrántól, annak anyagi minőségétől, a felületi rendszer kialakításától. A membrán alapfunkciója a tápoldat vagy a fermentálandó fázis és a szaporítandó, illetve, konvertáló fázis fizikai elkülönítése, ezáltal lehetővé teszi a két fázis optimális miliőjének fenntartását, pórusátmérőjétől függően a különböző anyagok szabad vagy irányított áramlását. Az eljárással folyamatos fermentáció valósítható meg. A rendszer lehetővé teszi különböző fermentációk egyidejű alkalmazását, illetőleg különböző anyagok egyidejű fermentációját. A membránok felületére különböző enzimek rögzíthetők, amellyel a konverziós lépések száma és hatékonysága növelhető. A membránba speciális exorpciós molekulák is építhetők, amelyekkel irányított, specifikus anyagáramlás valósítható meg, s ezzel nemcsak a hatékonyság nő meg, hanem új típusú érzékenyített konverzió válik megvalósíthatóvá. A felületen alkalmazott fermentáló fázis tartalmazhat sejteket, sejthalmazokat, szöveteket (növényi, állati, emberi), enzimeket, illetve ezek speciális kombinációit. A fermentáló fázis lehet a membránhoz rögzítve, a membránhoz kapcsolt kapszulába elhelyezve, (főként enzimek) párhuzamos membránfelületek között lokalizálva, illetve ezek kombinációjában alkalmazva. Találmányunk lényegében az előzőekben ismertetett felületi fermentációt megvalósító eljárás, melynek során ismert pórusméretű membránfelület egyik oldalán fermentáló fázist alakítunk ki, másik oldalán elhelyezzük a fermentálandó anyagot, illetve a tápanyagot, majd az így kialakított rendszert a fermentáció paramétereinek megfelelő körülmények között üzemeltetjük. A találmány szerinti eljárást az jellemzi, hogy a membránfelületnek azt az oldalát, melyen a fermentáló fázist alakítottuk ki, légtérrel (gáz halmazállapotú térrel) vesszük körül, míg a membránfelület másik oldalán a fermentálandó, illetőleg tápanyagot légnemű, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
