203786. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés szénhidrát-tartalmú táptalajok folyamatos fermentálására baktériumokkal
1 HU 203 786 B 2 lépésben egy előnyösen folyamatos termékelválasztást is végezhetünk, például gázsztrippeléssel. Agázsztrippeléssel végzett termékelválasztásnál sztrippelő gázként például nitrogént, hidrogént, szén-dioxidot, vagy ezek keverékét, illetve fermentációs gázt alkamazhatunk, ahol a folyadék és gáz térfogataránya 0,05:1 és 1,6:1 között van, a hőmérséklet 30-90 °C, előnyösen 40-80 °C. Valamennyi fenti termékelválasztási eljárás a cukorforrás helyettesíthetősége mellett nagyobb kitermelést, magasabb koncentrációjú cukoroldatok használhatóságának lehetőségét, és hosszan tartó működőképességet biztosít. A találmány szerinti eljárásban az eddig szokásos gyakorlattól eltérően nemcsak hexózok, hanem pentózok és pentóz/hexóz elegyek is alkalmazhatók. Az eljárás lefolyásának különösen pontos szabályozása érhető el, ha a tápoldat és/vagy cukoroldat beadagolását a második reakciólépés terméktartalmától függően szabályozzuk. így különösen pontosan szabályozhatók az optimális folyamathoz szükséges tápoldat-, illetve cukorkoncentrációk. A találmány szerinti eljárás foganatosításához alkalmazható találmány szerinti berendezéshez egy bioreaktort, előnyösen keverős fermentort, és egy mikroorganizmusokat visszatartó anyaggal töltött reaktort, előnyösen rögzített ágyas reaktort sorba kapcsolhatunk, ahol a rögzített ágyas reaktorhoz egy külső, előnyösen folyamatos termék elválasztására szolgáló vezeték-hurok csatlakozik. Egy ilyen reaktor-kombinációval igen egyszerű módon szabályozható egyrészt az alkalmazott mikroorganizmus növekedési sebessége, másrészt a második reakciólépésben a termékképzés. Erre a célra a rögzített ágyas reaktor belsejében egy vagy több, az áramlást szabályozó terelőelem képezhető ki. Ily módon elérhető, hogy a reaktor belsejében annak minden pontjában körülbelül azonos táptalaj- és termékkoncentráció legyen. Alkalmazhatunk továbbá az áramoltatás elősegítésére helyi gázbevezető nyílásokat, vagy - előnyösen a visszavezetett - tápoldat beáramoltatására szolgáló irányított vezetékeket. Gázbevezetés esetén az áramoltatást mammutszivattyúval biztosítjuk, míg a folyadék irányított bevezetése esetén a cirkulációt a megfelelő folyadéksebességgel biztosítjuk. A külső vezeték-hurokba a termékelválasztás céljára egy bepárló modult iktathatunk. A bepárló modulban előnyösen egy membrán, főleg szilikonkaucsukmembrán van elhelyezve. Ily módon különösen előnyösen választható el a termék a táptalajtól, amikor is adott esetben a membránra keresztirányú áramlást vezetve meggátolható a mikroorganizmusoknak a membránon történő lerakódása. Végül a vezeték-hurokba a termék elválasztására egy ellenáramú sztrippelő oszlop is beiktatható. A termékelválasztás fajtájának megválasztása az alkalmazott kiindulási anyagtól, a használt organizmustól és a keletkezett terméktől függ. Összefoglalva megállapítható, hogy az első eljárási lépésben olyan átfolyási sebességet választunk, hogy a baktériumok a növekedési, egyben savképzési fázisban legyenek, anélkül, hogy említésre méltó mennyiségű termék keletkezne. A baktériumok a növekedési fázisban jó adhéziós tulajdonságokat fejlesztenek ki, mely a második eljáráslépésbe történő átlépésükkor a baktériumoknak a hordozóanyagokon való immobilizációjához vezet. Ha az első eljárási lépésben nagyon alacsony átfolyási sebességet állítunk be, a sejtnövekedés, adott esetben egyidejű termékképzés mellett, leáll, és így a baktériumok egyidejűleg elvesztik a hordozóanyaghoz mutatott jó adszorpciós tulajdonságaikat is. A második eljárási lépésben az immobilizáció helyett a sejtek mikroszúréssel, előnyösen „cross-flow” mikroszűréssel el is választhatók a táptalajtól és visszavezethetők, mely intézkedéssel az immobilizációnál fellépővel azonos hatás érhető el. Ezenkívül az első lépésben egy túl magas termékkoncentráció (alacsony átfolyási sebességnél) a baktériumok degenerációjához, majd a termékképzésnek ismételt savképzéssé történő átalakulásához vezet, mely változás az eljárás folyamatában már nem fordítható vissza. Amennyiben az első eljárási lépésben az átfolyási sebesség túl magas, a baktériumok kimosódnak, és egy idő múlva nem marad elég sejt a második lépésbe történő átszállításhoz. Ennek megfelelően az átfolyási sebességet a mindenkori viszonyoknak és adottságoknak megfelelően kell meghatározni. A mellékelt ábrákon a találmány szerinti berendezés különböző kiviteli alakjait szemléltetjük. Az 1. ábra olyan eljárást szemléltet, melynek során a terméket lepárlással választjuk el. A 2. ábra olyan eljárást mutat, melynél a termék elválasztását extrakcióval végezzük. A 3. ábra olyan eljárást szemléltet, melynél a terméket sztrippeléssel választjuk el a táptalajtól. Mindhárom kiviteli alaknál az azonos elemeket azonos számokkal jelöljük. Az 1 egy előkészítő tartályt jelent, melyből a 2 vezetéken keresztül a 3 szivattyú segítségével a tápoldat az első eljárási lépésbe lép, mely egy keverős 4 bioreaktorban játszódik le. A keverős reaktorból a biomasszában dús táptalaj az 5 vezetéken keresztül és a 6 szivattyú segítségével a második eljárási lépésbe jut, mely a 7 rögzített ágyas reaktorban játszódik le. A rögzített ágyas reaktorból egy 8 vezeték ágazik le, melyen keresztül egy 9 szivattyú segítségével a termékben dús tenyészlevet a rögzített ágyas reaktorból elvezetjük. Az 1. ábra szerinti kiviteli alaknál a termékben dús tenyészlevet egy 10 hőcserélőn vezetjük keresztül, melyben az ellenáramban vezetett, terméktől már elválasztott tápoldattal szemben haladva felmelegszik. A felmelegített, termékben dús tenyészlevet all vezetéken keresztül a 12 fűtőegységbe, majd onnan a 13 lepárló modulba vezetjük. A 13 lepárló modulban 14 membrán található, melynek egyik oldalára a tenyészlevet, másik oldalára pedig egy hordozógázt vezetünk. A membránon a tenyészlétől a gáz irányába termékcsere megy végbe, melynek során a gázt a 15 vezetéken keresztül vezetjük be a 13 lepárló modulba. A terméktől mentesített tápoldatot a 16 vezetéken keresztül, a 17 szivattyú segítségével vezetjük a 10 hőcserélőbe, majd a 18 vezetéken keresztül ismét a rögzített ágyas reaktorba tápláljuk. A terméktől teljesen megszabadított, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 3
