DE1642594B2

DE1642594B2 - Kontinuierliches fermentationsverfahren und vorrichtung zur durchfuehrung desselben

Info

Publication number: DE1642594B2
Application number: DE1967B0095788
Authority: DE
Inventors: Melvyn; Macey Peter Edward; Wright Richard Donald; Petchell Roy Kenneth; Nottingham Lumb (Großbritannien)
Original assignee: Boots Pure Drug Co Ltd
Current assignee: Boots Pure Drug Co Ltd
Priority date: 1966-12-09
Filing date: 1967-12-11
Publication date: 1977-05-05
Also published as: DK119202B; CH495424A; DE1642594A1; GB1204486A; DK119202C; SE359856B; US3705841A; FR1563722A

Description

schwierig, die Verunreinigung der Nährlösung durch fremde Mikroorganismen zu verhindern und einen adäquaten Fluß von einer Stufe zur rächsten ohne Rückmischung aufrechtzuerhalten Weiterhin ist es nicht einfach, die Mikroorganismen bei ihrer Überführung von einer Stufe zur nächsten in einem für die gewünschte mikrobiologische Umwandlung optimalen physiologischen Zustand zu halten. Die mit der Überführung der Mikroorganismen von einer Stufe zur nächsten verbundenen Schwierigkeiten sind be- ίο sonders dann akut, wenn die Kultivierung von fadenförmigen Mikroorganismen durchgeführt wird. Gerade derartige Fermentationsverfahren sind jedoch von besonderer Bedeutung, da beispielsweise Antibiotika und Steroide durch Verfahren dieser Art hergestellt werden.

Es war nun die Aufgabe der Erfindung, ein Mehrstufenfermentationsverfahren zu schaffen, das die oben angegebenen praktischen Schwierigkeiten verringert oder vermeidet Eine weitere Aufgabe der Erfindung bestand darin, eine geeignete Vorrichtung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verfugung zu stellen.

Diese Aufgaben werden durch ein kontinuierliches Formentationsverfahren, bei dem lebende Zellen in einem im wesentlichen zylindrischen länglichen Turm, der in seiner Längsachse im wesentlichen vertikal aufgestellt ist, gezüchtet werden, der durch Trennorgane in mehrere, im wesentlichen vertikal übereinander angeordnete Kammern aufgeteilt ist, die fermentierbaie Flüssigkeit einer unteren Kammer zügeführt und die Fermentationsprodukte aus einer oberen Kammer abgeführt werden, ein Gasstrom durch den Turm aufwärts geführt wird, die Trennorgane innerhalb des Turms in einer Ebene im wesentlichen queriaufend zu der Längsachse des Turms befestigt sind, wobei die Trennorgane so ausgestaltet sind, daß sie den Gasstrom zwar durchlassen, jedoch begrenzen, so daß im oberen Teil jeder Kammer eine Gastasche gebildet, der Flüssigkeitsstrom zwischen den einzelnen Kammern unterbrochen und die Fermentationsbrühe mittels des Gasstromes durch die Gastaschen mitgerissen wird, erfindungsgemäß in der Weise gelöst, daß man die Größe der Gastaschen mit Hilfe einer Ablenkplatte, die unterhalb des Trennorgans in einer Ebene im wesentlichen querlaufend zur Längsrichtung des Turms angebracht ist und dieses teilweise abdeckt, begrenzt

Weiterhin wurde eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die in vertikaler Richtung die Form eines länglichen Turins aufweist, der eine Einlaßöffnung zur Einleitung einer fermentierbaren Flüssigkeit am unteren Ende des Turms und eine Auslaßöffnung zum Abziehen der Fermentationsprodukte am anderen Ende des Turms aufweist und in mehrere hintereinandergeschaltete Kammern aufgeteilt ist, wobei das Auslaßteii jeder Kammer mit dem Einlaßteil der nächsten Kammer in Flußrichtung mittels eines Trennorgans verbunden ist. das innerhalb des Turms in einer zur Längsachse des Turms senkrechten Ebene angeordnet und so ausgestaltet ist, daß m; es den Gasfluß durch den Turm vom Einlaß /um Auslaß zuläßt,jedoch begrenzt, geschalten, bei welcher ertlndungsgernäß jedes Trennorgan teilweise durch eine Ablenkplntle abgedeckt ist. die auf der Einlai.iseite in einer zur Längsachse des Turms im wesent- fts liehen senkrechten Ebene angebracht ist.

Die Bezeichnung »kontinuierliches Fermcntaticnsver'ahren«. wie sie in dieser Beschreibung verwendet wird, kennzeichnet ein Fermentationsverfahren, in welchem die Zuführung der fermentierbaren Flüssigkeit zu einer Fermentationssnlage und uas Abziehen der Fermentationsprodukte von der Anlage kontinuierlich oder periodisch über einen längeren Zeitabschnitt erfolgt, wobei die Zeitabstände zwischen dem Fließen im Verhältnis zu der Veiweilzeit verhältnismäßig kurz sind.

Unter »Fermentationsprodukten« sind ein oder mehrere Materialien zu verstehen, die durch lebende, die fermentierbare Flüssigkeit fermentierende Zellen gebildet werden, wobei diese Bezeichnung zusätzlich zu chemischen Produkten auch lebende Zellen einschließt

Das erfindungsgemäße Verfahren kann für eine Vielzahl von Zwecken verwendet werden, unter welchen die nachfolgenden Beispiele erwähnt werden sollen:

(a) Die Herstellung von Stoffwechselprodukten, entweder innerhalb der Zellen von Mikroorganismen oder in der fermentierbaren Flüssigkeit, deren Herstellung erwünscht ist und die als marktfähige Produkte isoliert werden, wie z. B. Antibiotika, Alkohol, Bier;

(b) die Herstellung von Stoffwechselprodukten, entweder innerhalb der Zellen der Mikroorganismen oder in der fermentierbaren Flüssigkeit, deren Herstellung erwünscht ist, entweder um sie in nachfolgenden oder gleichzeitigen, chemischen Umwandlungen (z. B. Enzyme bei Steroidumwandlungen)zu verwenden;

(c) die Vermutung, beziehungsweise Züchtung von Zellen, die Mikrobenzellen, wie z. B. Nährhefe sein können, oder von Zellgeweben, z. B. Tiergewebezellen, zum Zweck der Vak7.inherstellung; und

(d) die Entfernung eines Bestandteils oder einer Anzahl von Bestandteilen aus einer Flüssigkeit mit vielen fermentierbaren Komponenten, um so ein Produkt herzustellen, das hinsichtlich eines oder mehrerer Bestandteile eine verringerte Konzentration aufweist (wie zum Beispiel die Reinigung von Erdölkohlenwasserstoffen).

Eine Reihe wichtiger industrieller Fermentationsverfahren, wie z. B. Verfahren zur Herstellung von Antibiotika und Steoriden, verwendet aerobe Mikroorganismen. Die Erfindung wird nun an Hand von Beispielen erläutert.

In den Zeichnungen bedeutet

Fig. 1 einen schematischen vertikalen Querschnitt einer zur Verwendung in der Erfindung vorgesehenen vertikalen, länglichen, zylindrischen Fermentationskolonne,

Fig. 2 einen ähnlichen Querschnitt einer modifizierten Form eines Teils der in Fig. 1 gezeigten Kolonne.

Fig. 3 einen ähnlichen Querschnitt von einem anderen modifizierten, zur Verwendung in der Fiel aufu.zeigten Kolonne vorgesehenen Trennorgan.

I" ig. 4 einen sehemalischen vertikalen Querschnitt einer anderen Fermentation*.!.olonne.

Fii:. 5 einen ähnlichen Querschnitt einer anderen Kolonne,

I" ig. (1 einen Schnitt eniUmg der I inie Vl-Vl in Fig. 5.

Die in Fig. 1 gezeigte Fermentationskolonne ist durch die Trennorgane 1 in drei Kammern 2. 3 und 4 autgeteilt, die in der Zeichnung als vijlt'.ich perforierte

Platten dargestellt sind. Jedoch stellt eine derartige vielfach perforierte Platte nur eine mögliche Ausführungsform eines Trennorgans dar. Die Fermentationskolonne ist mit einem Lufteinlaß 5 ausgestattet, der beispielsweise mit einer gesinterten Scheibe 16, einem ringförmigen Lufteinführungsgerät oder einer vielfach perforierten Platte abgedeckt sein kann. Die Fermentationskolonne ist ebenso mit einem Einlaß 6 für die Zuführung einer fermentierbaren Flüssigkeit und mit einem Auslaß 7 für das Abziehen der Fermentationsprodukte ausgestattet Ebenso ist ein Luftaustritt 12 vorgesehen, der teilweise durch eine Stauscheibe 11 abgedeckt ist. Der Auslaß 7 kann in manchen Fällen weggelassen und das fermentierte Produkt durch den Luftaustritt 12 abgezogen werden.

Die Zeichnung zeigt die Fermentationskolonne mit der in Fermentation befindlichen Flüssigkeit, die durch die schraffierten Flächen in jeder Kammer dargestellt wird. Die Trennorganc 1 beschränken den Fluß der Luft aus einer Kammer in die nächste, mit dem Ergebnis, daß Gastaschen 8 unterhalb der Trennorgane gebildet werden. Der Fluß der Luft durch jede Kammer verursacht eine Wirbelbildung, die an den Flüssigkeitsoberflächen 9 erkennbar ist. Durch diese Wirbelbildung werden Mikrobenzellen und die in Fermentation befindliche Flüssigkeit in dem Luftstrom mitgerissen und durch die Gastaschen hindurchgeführt und so von der einen Kammer in die nächste weiterbefördert.

Es ist ohne weiteres einzusehen, daß das Ausmaß der Beschränkung des Gasstromflusses durch die Trennorgane wenigstens teilweise von der gewünschten Luftstromrate abhängig sein wird. Die in Fig. 1 dargestellte Fermentationskolonne ist zwar mit 3 Kammern eingezeichnet, jedoch können selbstverständlich innerhalb eines vernünftigen Bereichs beliebig viele Kammern angeordnet sein.

Es ist oftmals erwünscht, zur Sicherstellung einer adäquaten Belüftung der Mikroorganismen in allen Kammern Luftstromgeschwindigkeiten zu verwenden, die hoch genug sind, um bei den Flüssigkeitsständen in jeder Kammer eine erhebliche Turbulenz mit dem Ergebnis zu bewirken, daß die gebildeten Gastaschen relativ groß sind und beispielsweise bis zu ungefähr 50% des Raumes in jeder Kammer der Kolonne von Fig. 1 einnehmen. Der von den Gastaschen eingenommene Raum ist allerdings bezüglich des tatsächlichen Fermentationsverfahrens ein unproduktiver Zwischenraum. Es wurde gefunden, daß der Einbau einer im wesentlichen horizontalen Ablenkplatte, die an der Eingangsseite des Trennorgans, beispielsweise unterhalb der Trennorgane oder in Nachbarschaft zu diesen, angebracht ist, die obenerwähnte Turbulenz mit einer entsprechend günstigen Verringerung des durch die Gastaschen eingenommenen Raums verringert

Eine zur Verwendung in dem in Fig. 1 aufgezeigten Fermentiergefäß geeignete Ablenkplatte ist in der Fig. 2 aufgezeigt. Dort ist eine Ablenkplatte 10 eingezeichnet, welche die Form einer kreisförmigen Scheibe mit einem kleineren Durchmesser als der der Fermentationskolonne hat Der Einbau der Ablenkplatte führt zur Bildung eines turbulenten Flüssigkeitsstandes 9, der genau unter der Ablenkplatte liegt

Obgleich für die Zwecke der Erläuterung die vorausgehend beschriebenen Trennorgane die Form einfacher, vielfach perforierter Platten haben, sind viele andere Arten von Trennorganen denkbar, die nach dem Verfahren der Erfindung verwendet werden können. So kann beispielsweise ein geeignetes Trennorgan eine Platte mit einer einzigen Perforierung sein. Solche Perforierungen können die Form von Schlitzen oder kreisrunden Löchern aufweisen, die mit Ruck's schlagventilen ausgestattet werden können. Solch ein Ventil kann beispielsweise ein Gewicht aufweisen, das durch den Druck der darunter befindlichen Luft in die Offen-Stellung des Ventils gehoben wird. Es kann, wie dies in Fig. 3 aufgezeigt wird, ein pilzförmiges

ίο Ventil 14 sein, das in eine Platte 1 eingelassen ist, oder es kann ein Gewicht enthalten, das gleitbar auf einem im wesentlichen vertikalen Zapfen aufgebracht iiL Beispielsweise kann das Ventil ein zylindrisches Gewicht enthalten, das gleitbar auf einem im weis sentlichen vertikalen Zapfen aufmontiert ist, der durch ein Loch entlang der Längsachse des Gewichts läuft. Das Ventil 14 wird durch den Luftstrom, der durch das Trennorgan aufwärts fließt geöffnet Das Ventil 14 hat einen Kopf 15, der einen größeren Durchmesser haben kann, so daß eine verbesserte Verteilung der Luft erreicht wird.

Andererseits kann auch ein Trennorgan verwendet werden, durch welches die Luft einheitlich über den ganzen Querschnitt der nächsten Fermentationskammer verteilt wird, um so eine gleichmäßige Belüftung der Mikroorganismen sicherzustellen. Ein derartiges Trennorgan kann eine mehrfach gelochte Platte oder eine Sinterplatte sein.
In manchen Fällen kann es günstig sein, ein Trennorgan zu verwenden, das für die Abtrennung der Gasphase, beispielsweise von Luft, aus der mitgerissenen Mikroorganismen enthaltenden Flüssigphase vor dem Eintritt dieses Gemisches in eine Ferrnentationskammer, nach dem Durchgang durch die oben erläuterten Gastaschen, geeignet ist Ein derartiges Trennorgan wird in Fig. 4 erläutert, die eine zur Verwendung nach der Erfindung geeignete Konstruktion einer Mehrkammer-Fermentationsanlage wiedergibt Die Fermentationskolonne enthält eine Vielzahl von Kammern, beispielsweise bis zu 10, von denen die erste Kammer 2 und die letzte Kammer 4 vollständig und ein Teil der zweiten Kammer 3 gezeigt wird. Jedes Trennorgan umfaßt eine mehrfach durchlöcherte Platte 1. Jede mehrfach durchlöcherte Platte 1 ist teilweise durch ein Ablenkteil 10, der darunterliegend angebracht ist, abgedeckt Jeder Ablenkteil besitzt ein mit ihm verbundenes Rohr 19, das von seinem Mittelteil hinunterführt und abwärts in ein Gefäß 20 hineinragt Jedes Rohr endet im oberen Teil C¹Ss Gefäßes 20, in welches es hineinragt Der untere Teil des Inneren des Gefäßes 20 ist mit der nächsthöheren Kammer durch ein Zentralrohr 21 verbunden, das aufwärts in die Innenseite des Rohrs 19 führt, wobei das Zentralrohr 21 einen kleineren Durchmesser als das Rohr 19 besitzt Eine zweite Ablenkscheibe 22 ist darunter und im Abstand von dem Ablenkteii 10 angebracht

Weiterhin ist eine Temperaturregulierung des Kammerinhalts einer jeden Kammer vorgesehen. Ebenso sind Einrichtungen für Zugaben und Entnahmen in bzw. aus jeder Kammer vorgesehen, die nicht gezeigt werden.

Luft und fermentierbare Flüssigkeit werden beim Betrieb durch ein Einlaßrohr 5 tangential durch den Einlaß 24 in die Kolonne eingeführt Die Luft tritt zusammen mit den mitgeführten Fermentationsprodukten aus der obersten Kammer über einen Auslaß 12 aus. Eine Stauscheibe 11 ist unter dem Rohrauslaß 12

vorgesehen, die zur Verringerung der Turbulenz des F^:!üssigkeitsstands in der Kammer 4 dient. Die Stauscheibc bewirkt die Bildung eines turbulenten Flüssigkeitsstandes 26 unmittelbar darunter und einer Gastasche 17 darüber, und als Ergebnis der Verringerung der Turbulenz verringert sich das von der Gastasche 17 eingenommene Volumen.

Die Überführung von Luft, Flüssigkeit und Mikroorganismen aus einer Kammer zur nächsten wird nun beispielhaft durch Beschreibung der Überführung von Material aus der Kammer 2 in die Kammer 3 erläutert, wobei die in diesen Kammern schraffierten Flächen die in Fermentation befindliche Flüssigkeit darstellen. Die mehrfach durchlöcherte Platte 1 beschränkt den Durchfluß der Luft aus Kammer 2 zur is Kammer 3 mit dem Ergebnis, daß eine Gastasche 8 gebildet wird. Gerade unter der zweiten Ablenkscheibe 22 wird, wie vorausgehend erläutert, ein turbulenter Flüssigkeitsstand 9 gebildet. Die Mikrobenzellen enthaltende Flüssigkeit wird in dem Luftstrom mitgerissen und durch die Gastasche 8 in einen Bereich 30 in de|n Gelaß 20 geführt, wo die Gas-(Luft)Phase sich von der die Mikrobenzellen enthaltenden flüssigen Ptase abtrennt. Die Luft geht durch das Rohr 19 nach oben und wird dani durch die vielfach durchlödherte Platte 1 über den ganzen Querschnitt des Bqdens der Kammer 3 verteilt. Die in Fermentation befindliche Flüssigkeit und die Mikrobenzellen strömen durch das Zentralrohr 21 und dann in die Kammer 3. Es kann von Vorteil stin, ein Ventil, beispielsweise ein Ventil der vorausgehend beschriebinen Art, am oberen Ende des Zentralrohrs 21 anzubringen, um die Eigenschwankung des Flüssigkeitsstindes 9 in dem Gefäß 20 zu verringern und ein »!Durchblasen« von Flüssigkeit in dem Gefäß 20 und dilrn Zentralrohr 21 in die darüberliegende Kammer ZiI verhindern. Es ist zu ersehen, daß das Gefäß 20 als Flüssigkeitsabscheider wirkt. Ein Vorteil der Abtiennung von Gasphase und der M'krobenzellen enthaltenden flüssigen Phase, wie oben dargestellt, besteht darin, daß die Mikrobenzellen und irgendwelche Festsloffbestandteile, die in der Fermentation unterworfenen Flüssigkeit vorhanden sein können, beispielsweise Nährsubstanzen, nicht durch die schmalen Öffnungen Platten 1 befördert werden können. Damit wird das Risiko einer Verstopfung der Öffnung in den Platten 1 verringert. Eine solche Anordnung kann günstig sein, wenn eine Versuchsanlage betrieben werden soll, weil die Öffnungen in den Platten 1 notwendigerweise klein sein sollen. Eine solche Anordnung ist natürlich notwendig, wenn es gewünscht wird, als Trennorgan eine Sint-rplatte zu verwenden.

Das Gefäß 32 wirkt in gleicher Weise wie das Gefäß 20 als Flüssigkeitsfalle, so daß die fermentierbare Flüssigkeit einschließlich irgendwelcher anwesender fester Bestandteile durch die Leitung 33 in die Kammer 2 geführt werden kann, während die erforderliche Luft durch die mehrfach perforierte Platte 16 in die Kammer 2 eintritt

Die in der Fig. 5 gezeigte Fermentationskolonne ho umfaßt Trennorgane zusammen mit einer Gasverteilungsvorrichtung, wobei diese Kombination eine sehr zufriedenstellende Überführung von Zellen und Flüssigkeit aus einer Kammer in die nächste durch Mitführen im Gasstrom und ebenso eine sehr wirksame ^₃ Belüftung des Inhalts einer jeden Kammer mit minimaler Energie ermöglicht. Die Kolonne ist in drei Kammern 2, 3 und 4 mit Trennorganen 1 unterteilt, wobei jedes dieser Trennorgane eine Platte mit einer einzigen Öffnung 34 ist. Die Fermentationskolonnc ist mit einem Austritt 12 für die verwendete Luft und für die Fermentationsprodukte und mit Einlassen 5 und 6 zur Einführung von Luft beziehungsweise fermentierbarer Flüssigkeit ausgestattet. Eine drehbare Welle 35, angetrieben vom Motor 36, durchläuft die Längsachse der Kolonne über Lager und Dichtungen 37 und durch Lager 38 oder Durchführungen in der Mitte der Platten 1. Die Welle durchstößt daran befestigte kreisrunde Ablenkplatten 10, die unier den Trennorganen 1 angeordnet sind und diese teilweise, abdecken, und eine kreisrunde Stauscheibe 11, die unterhalb des Austritts 12 angeordnet ist, verschließt diesen teilweise. Die Welle durchstößt zusätzlich daran befestigte kreisrunde Luftverteilungsplatten 39, welche, wie in Fig. 6 gezeigt wird, radiale Schütze 41 aufweisen. Die Ablenkplatten 40 sind parallel zur Längsachse der Kolonne angeordnet. Zur Temperaturregulierung des Inhalts einer jeden Kammer sind Mittel vorgesehen, desgleichen auch für die Entnahme von Produkt aus jeder Kammer bzw. für Zusätze zu den Kammerinhalten. Diese Mittel sind aus Gründen der Vereinfachung in der Zeichnung nicht angegeben.

Wie aus Fig. 6 entnommen werden kann, ist jede der Luftverteilungsplatten 39 an der Welle 35 befestigt und mit radial verlaufenden Schlitzen 41 versehen, welche die Platte in Sektoren 42 aufteilen. Ein Sektor oder mehrere Sektoren 42 können angewinkelt oder geneigt sein.

Die Inbetriebnahme der Fernientationskolonne von Fig. S beginnt mit dem Einführen von Luft durch den Lufteinlaß 5 und von fermentierbarer Flüssigkeit durch den Einlaß 6 und führt zur Bildung von Gastaschen in den Räumen 8 und von turbulenten flüssigen Oberflächen unter den Ablenkplatten 10. Luft, mitgerissene Mikrobenzellen und Flüssigkeit wird durch die Öffnungen 34 nach oben zwangsgeführt. Diese Luft entweicht in Form von Blasen von der Peripherie der Luftverteilungsplatten 39, wobei deren Rotation eine sehr wirksame Belüftung des Inhalts der darüberliegenden Kammer bewirkt. Die Ablenkplatten 40 verhindern, daß sich die gesamte Flüssigkeit in der Kolonne unter Bildung eines Wirbels dreht durch welchen die Luft, ohne die Flüssigkeit zu belüften, nach oben steigen könnte. Die Rotation der Ablenkplatten 10 und 11 verringert die Schaumbildung.

Die Konstruktion der Fermentationskolonne wird in hohem Maße von den Wuchseigenschaften der zu verwendenden Zellen abhängen. So kann bei manchen Zellen ein mehrfach durchlöchertes Trennorgan mit sehr kleinen Öffnungen zufriedenstellend sein, während bei anderen Zellen diese kleinen Löcher zu leicht verstopft werden können und die Verwendung eines Trennorgans mit einer einzigen, vergleichsweise großen Öffnung bessere Ergebnisse liefert. Wie vorausgehend festgestellt, hängt das Ausmaß der erforderlichen Beschränkung des Gasfiusses, die durch die Trennorgane bewirkt wird, teilweise von der gewünschten Gasflußrate, aber ebenso auch von anderen Faktoren, wie den Abmessungen der Kolonne, ab, wenn die vertikal übereinander angeordneten Kammern verwendet werden. Es wurde in vielen Fällen gefunden, daß die Gesamtquerschnittfläche der Öffnung oder der Öffnungen in den Trennorganen geringer als ungefähr 1,4% der Querschnittfläche der Trennorgane, bezogen auf nicht durchlöcherte Trennorgane, sein sollte. Bei vielen Ausführungsformen

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von Fermentationskolonnen kann dieser Wert geringer als 0,5% oder geringer als 0,1% sein. Geeignete Gasflußraten können in der Größenordnung von 0,i bis 3 Volumina pro Minute liegen, wobei sich die Bezeichnung »Volumen« auf das Gesamtvolumen der Fermer.iationskammern in der Anlage bezieht. Aber auch niedrigere oder höhere Flußgeschwindigkeiten können in manchen Fallen durchführbar sein. So wurde beispielsweise eine Luftflußgeschwindigkeit von 50 1 pro Minute in einer vertikalen Fermentationskolonne ähnlich der von Fig. 5 mit 5 Kammern, einer Höhe von 1,2 m und einem Durchmesser von 22,8 cm, mit Trennorganen mit einer einzigen Öffnung von 4,7 mm Durchmesser zur Herstellung von Neomycin unter Verwendung von Streptomyces fradiae verwendet; in diesem Falle betrug die Querschnittsfläche der Öffnung 0,04% der Fläche des Trennorgans. Um die Möglichkeit des Zurückfließens der Flüssigkeit in vertikalen Kolonnen der in den Fig. 1, 4 und 5 erläuterten Art zu verringern, ist es günstig, die Öffnung oder die Öffnungen in den Trennorganen eher in der Form von Röhren als Löchern in den dünnen Platten herzusteilen. Solche röhrenförmigen Öffnungen sollten am besten eine größere Länge als Bohrweite aufweisen; sie sollten ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von größer als ungefähr 2 : 1 und am günstigsten von größer ais 5:1 besitzen. Es ist in manchen Fällen wünschenswert, Rückschlag-

ventile in dem oberen Ende der röhrenförmigen Öffnungen, wie Ventile de-- weiter oben beschriebener Typs, anzubringen. Die Hauptsache ist, daß das Verhältnis zwischen der Gasflußgeschwindigkeit und dei ^; Große und Ausführung der Öffnung oder Öffnungen in den Trennorganen ein solches ist, daß einheitliche Flußbedingungen erhalten werden, d. h. ein Vorwärts-Hießen des Gases durch die Öffnung, aber kein Rückwärtsfheßen der Flüssigkeit von einer Kammer zui nächsten.

Es wurde beobachtet, daß, wenn das erfindungsgemäße Verfahren zur Kultivierung von einigen Arten lebender Zellen verwendet wird, solche Zellen von einer Abteilung zur nächsten weniger schnell überlührt werden als die in Fermentation befindliche Flüssigkeit. Dies führt zur Bildung eines Zelldichtegr.idienten über die Fermentationskolonne, wobei dann die erste Kammer die höchste Zelldichte aufweist. Als Ergebnis der unterschiedlichen Uberführungsgeschwinaigkeiten von in Fermentation befindlicher Flüssigkeit und Zellen haben die Zellen eine längere Verweilzeit in dem System als die der Fermentation unterworfene Flüssigkeit. Solch ein Unterschied in den Verweilzeiten ist günstig, weil es im allgemeinen eine Zunahme der volumetrischen Wirksamkeit des Fermentationsverfahrens zur Folge hat, d. h., der Produktausstoß bei einem gegebenen Fermentier-Volumen der Fermentationskolonne erhöht sich.

Beispiel 1

Es wurde eine Fermentationskolonr.e des in Fig. 4 erläuterten Typ^c, verwendet, nämlich eine vertikal aufgestellte zylindrische Glaskolonne mit einem Durchmesser von 22,8 cm (alle angegebenen Durchmesser beziehen sich auf Innenabmessungen). Die Kolonne wurde durch Trennorgane, wie in Fig. 4 erläutert, in 5 Fermentationskammern unterteilt, wobei der vertikale Abstand zwischen den als Trennorganen verwendeten Platten 1 21,6 cm betrug. Das Gesamtvolumen der 5 Kammern betrug ungefähr 35 Liter. Jede runde Platte 1 hatte eine Stärke von 0,32 cm und enthielt 42 einheitlich verteilte, runde Löcher mit einem Durchmesser von 0,226 cm. Das Zentralrohr 21 hatte eine Länge von 10 cm und einen Durchmesser von 1 cm und besaß einen Schlitz, der 1,3 cm hoch und 0,65 cm weit gegenüber dem Boden des Gefäßes 20 war. Das Gefäß 20 war zylindrisch, hatte eine Länge von 8,25 cm und einen Durchmesser von 3,8 cm. Das Rohr 19 war zylindrisch, hatte eine Länge von 2,0 cm und einen Durchmesser von 2,5 cm. Die zweite Ablenkscheibe 22 war eine ringförmige Platte, die bis 1,3 cm an die Kolonnenwand heranreichte. Der vertikale Abstand zwischen der zweiten Ablenkscheibe 22 und der Ablenkplatte 10 betrug 1,3 cm. Der vertikale Abstand zwischen der Ablenkplatte 10 und der perforierten Platte 1 betrug ebenfalls 1,3 cm. Die Platte 16 war in gleicher Weise wie die Platten I durchlöchert. Die Leitung 33 hatte die Form eines Rohrs mit einer Länge von 9,5 cm und einem Durchmesser von 1 cm, einen Abstand von 0,6 cm vom Boden des Gefäßes 32, das die Form eines Zylinders mit einer Länge von 9 cm und einem Durchmesser von 5 cm hatte. Das Einlaßrohr 5 und die tangential Einführung 24 hatten beide einen Durchmesser von 1,3 cm. Die Stauscheibe 11 war eine kreisförmige Scheibe mit einer Stärke von 0,32 cm und reichte bis 1,3 cm an die Wandung der Kolonne. Das Austrittsrohr 12 hatte einen Durchmesser von 1,3 cm.

Die erste Kammer (Kammer 2) war mit einem mit regelbarem Widerstand gesteuerten Tauchsieder von 300 Watt ausgestattet, wodurch der Inhalt aller 5 Kammern aul 30⁰C gehalten wurde. Die durchlöcherten Platten 1 und 16, die Gefäße 32 und 20 und die ver-

bundenen Leitungen und Abtrennplatten waren aus Aluminium hergestellt

Die Anlage wurde mit Dampf sterilisiert und die erste Kammer zur Hälfte mit einem sterilen Nährmittel-Leitungswassermedium gefüllt das 7,5 Gew.-/

VoL-% Glucose, 0,5 Gew.-/Vol.-% getrocknete Hefe, 5 Gew.-/Vol.-% Sojamehl, 0,2 Gew.-/Vol.-% CaCO₃, 0,5 Gew.-/VoI.-% NaCI, 0,16 Gew.-/Vol.-% Specköl und 0,05 Gew.-/Vol.-% eines Antischaummittel, pH 6,5 enthielt. Es wurde durch den Einlaß 5 sterile Luft

mit einer Flußgeschwindigkeit von ungefähr 25 Liter/ Minute geleitet und die Kammer 2 dann über den tinlaß 5 mit 400 ml 48 Stunden gezogenem Impfmaterial von Streptomyces fradiae geimpft In den Luttstrom im Einlaß 5 wurde steriles Nährmittel-

.·>.·» medium mit einer Geschwindigkeit von 220 ml/Std.

zugeführt und diese Flußgeschwindigkeit des Mediums

bis zum Ende der Fermentation beibehalten. In dem

κ·Τ ^{Wie Sich das Flüss}'gkeitsvolumen in der Kolonne

erhöhte, wurde die Luftflußgeschwindigkeit allmählich

"° gesteigert, so daß zu dem Zeitpunkt, in welchem jede

Kammer Flüssigkeit bis zur Höhe der zweiten Ablenk-

scheiben 22 enthielt, die Flußgeschwindigkeit der Luft

Liter/Minute betrug.

Proben des Fermentationsbreis wurden in 24-Stun-

*s den-Intervallen aus jeder Kammer entnommen und der Neomycintiter bestimmt Die nach 16 bis 22 ^4-Munden-Penoden erhaltenen Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle I angegeben.

l'abelle

Zahl der	Ncumv	cinliter (mcg/g)	.1	in der K	amme r
24-Stunden-			1050
Periodcn	I	2	1350	4	5
16	214	416	1155	1 150	1220
17	-	772	1150	1350	1980
18	375	864	1145	1425	1725
19	175	536	975	1205	1670
20	220	405	925	1250	1575
21	124	338	950	1575
2?.	142	?80	960	1225

Der Neomycintiter in der fünften Kammer blieb weitere sieben 24-Slunden-Perioden lang auf einer Höhe von 1000 bis 1200 mcg/g, worauf der Titer abzufallen begann und der Versuch unterbrochen wurde.

Beispiel 2

Es wurde eine Fermentationskolonne des in Fig. 4 erläuterten Typs verwendet, nämlich eine vertikal angeordnete zylindrische Glaskolonne mit einem Innendurchmesser von 22,8 cm. Die Kolonne wurde in fünf Fermentationskammern durch Trennorgane unterteilt, wie sie in Fig. 4 erläutert sind, wobei der vertikale Abstand zwischen den Platten 1 30,5 cm betrug. Das Gesamtvolumen der fünf Kammern war ungefähr 50 Liter. Jedes kreisplattenförmige Trennorgan 1 hatte eine Dicke von 0,32 cm und wies 42 einheitlich verteilte runde Löcher von 0,226 cm Durchmesser auf. Das Zentrairohr 21 hatte die Form einer Röhre mit 10 cm Länge und einem Durchmesser von 1 cm und wies einen Schlitz auf, der 1,3 cm hoch und 0.65 cm weit war gegenüber dem Boden des Gefäßes 20. Das Gefäß 20 war zyl^;ndrisch, hatte eine Länge von 8,25 cm und einen Durchmesser von 3.8 cm. Das Rohr 19 war zylindrisch, die Länge 2,0 cm und der Durchmesser 2,5 cm. Die zweite Ablenkplatte 22 war ringförmig und reichte bis 1,3 cm an die Kolonnenwandung. Der vertikale Abstand zwischen der zweiten Ablenkplatte 22 und der Ablenkplatte 10 betrug 1,3 cm. Der vertikale Abstand zwischen der Ablenkplatte 10 und der durchlöcherten Platte 1 war ebenfalls 1,3 cm. Die Platte 16 war, wie oben für die Platte 1 beschrieben, durchlöchert Die Leitung 33 hatte die Form eines Rohres mit einer Länge von 9,5 cm und einem Durchmesser von 1 cm und reichte 0,6 cm bis zum Boden des Gefäßes 32, das ein Zylinder mit einer Länge von 9 cm und einem Durchmesser von 5 cm war. Das Einlaßrohr 5 und die tangentiale Einführung 24 hatten beide einen Durchmesser von 1,3 cm. Die Stauscheibe 11 war eine runde Scheibe mit einer Dicke von 0,32 cm und reichte bis 1,3 cm an die Kolonnenwandung. Das Austrittsrohr 12 hatte einen Durchmesser von 1,3 cm. Die erste Kammer (Kammer 2) war mit einem widerstandsgesteuerten 500-Watt-Tauchsieder ausgestattet, der den Inhalt der gesamten fünf Kammern auf 30⁰C hielt. Die perforierten Platten 1 und 16, die Gefäße 20 und 32 und die verbundenen Leitungen und Abdeckplatten waren aus Aluminium hergestellt

Die Anlage wurde mit Dampf sterilisiert und die erste Kammer zur Hälfte mit einem sterilen Nährmittel-Leitungswassermedium gefüllt, das 5,0 Gew.-/ Vol.-",',> Stärke, 0.X Gew. -/Vol.-'". Bernsteinsäure, 0.65 Gew. -/Vol.-"/;, (NH₄),SO₄, 0.04 Gew.-/Vol.-% KlMK),, 0,09 Gew.-/Vol.-% MgSO., ■ 711,0, 0.002 Gew.-/Vol.-"/» ZnSO., · 7H,O, 0,001 Gew.-/Vol.-", > MnCl; und 0,001 Gew.-/Vol.-% FcSO., ■ 7IUl. pH 7.3 enthielt. Sterile uuft wurde durch den Einlaß 5 mit einer Fluggeschwindigkeit von ungefähr 40 Liter/Minute eingeleitet und die Kammer 2 dann mit 1 I einer 48 Stunden gezogenen Impfkultur von Slrcptomyces

ίο fradiae geimpft. In den Luftstrom im Einlaß 5 wurde steriles Nährmedium mit einer Geschwindigkeit von 400 ml/Std. eingeführt. Die Luftstromgeschwindigkeit wurde auf 50 Liter/Minute nach zwei 24-Stunden-Periodcn, dann auf 80 Liter/Minute nach weiteren vier

is 24-Stunden-Perioder., dann auf 90 Liter/Minute nach weiteren zwei 24-Stunden-Perioden, dann auf 100 Liter/ Minute nach einer weiteren 24-Stunden-Periode erhöht und dann auf 50 Liter/Minute nach weiteren drei 24-Stunden-Perioden gesenkt, wobei diese Geschwin-

i': digkeit bis zum Ende der Fermentation beibehalten wurde.

Die Flußgeschwindigkcii des Mediums wurde auf 400 ml/Std. bis zum Ablauf von sieben 24-Stunden-Perioden gehalten, dann auf 600 ml/Sid. erhöht, nach

;s weiteren fünf 24-S'unden-Perioden wurden dem Medium zusätzlich 2% Glucose zugeführt; diese Flußgeschwindigkeit und Zusammensetzung des Mediums wurden dann bis zum Ende der Fermentation beibehalten.

.ίο Proben des Fermentationsbreis wurden jeder Kammer mit 24-Stunden-Perioden entnommen und aut Neomycin untersucht.

Die nach den verschiedenen 24-Stunden-Arbeiisperioden erhaltenen Ergebnisse sind in der nachfolgender

;o Tabelle Il niedergelegt.

Tabelle Il

Zahl der Neomycintiter (mcg/g) in der Kummer

24-Stunden-

Periodcn 12 3 4 5

9	560	1400	1825	1550	1825
11	199	1100	1500	1588	2000
45 13	80	550	1200	1375	1875
15	58	215	750	1250	1300
17	82	170	962	1312	1325
19	19	193	525	1075	1475
so ²¹	13	265	600	987	1137
" 23	120	540	870	1300	1250
25	275	1095	1525	1600	1425
27	245	850	1700	1825	1800
29	178	787	1625	1862	1925
?? 31	590	1450	1450	2350	2200
		Beispiel 3

Es wurde ein Fermentationsgefäß des in Fig.
erläuterten Typs verwendet, nämlich eine vertikal aul gestellte zylindrische Glaskolonne mit einem Inner durchmesser von 22,8 cm. Die Kolonne wurde i
fünf Fermentationskammern durch Trennorgane, w

6s in Fig. 5 erläutert, unterteilt, wobei der vertikal
Abstand zwischen den Platten 1 30.5 cm beträgt. Di
Gesamtvolumen der fünf Kammern betrug ungefäl
50 Liter. Jedes kreisplattentormige Trennorgan 1 hat!

eine Dicke von 0,32 cm. Die einzige Öffnung 34 hatte die Form eines 2/ cm langen Rohres mit einem Innendurchmesser von 0,48 cm und reichte in gleicher Weise über und unter die Platte 1. Die Ablenkplatten IO und die Stauscheiben 11 hatten einen Durchmesser von 21 cm und waren 0,075 cm dick. Die Luftververteilungsplatten 39 hatten einen Durchmesser von 2i cm und waren 0,075 cm dick mit 16 radialen Schlitzen 41, wobei jeder 0,15 cm weit war und wobei sich diese nach innen über eine Distanz von 5,4 cm vom Umfang an erstreckten. Die Ablenkplatten 10 wurden 2,8 cm unter den Platten 1 angebracht und die Luftverteilungsplatten 39 3 cm über den Platten 1. In dieser Fermentationskolonne wurden die vertikalen Ablenkplatten 40 auf dem halben Weg aufwärts in jeder Kammer parallel zu einem Durchmesser angebracht, jedoch war der Durchlaß ausreichend, um das freie Rotieren der Welle 35 zu ermöglichen, wobei jede Stauplatte 20 cm breit und 3,5 cm hoch war. Die Temperatursteuerung erfolgte durch Wärmeaustauscher, durch welche Wasser durchgeleitet werden konnte und womit die erste und vierte Kammer ausgestattet war. Bei diesem Versuch wurde die Temperatur bei 30⁰C gehalten.

Die Fermentationskolonne wurde mit Dampf sterilisiert und die erste Kammer zur Hälfte mit dem sterilen Medium der gleichen Zubereitung wie in Beispiel 2 gefüllt. Sterile Luft wurde durch den Einlaß 5 mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 50 Liter/Minute eingeführt und die Welle 35 mit 200 UpM rotiert, wobei diese Bedingungen bis zum Ende des Versuchs beibehalten wurden. Diese Kammer wurde dann mit 1 I einer 48 Stunden gezogenen Impfkultur von Streptomyces fradiae geimpft. Die mittlere Flußgeschwindigkeit am Einlaß 6 betrug 400 ml/Std., wobei diese Geschwindigkeit während des Versuchs beibehalten wurde. Nach sieben 24-Stunden-Perioden wurde eine zusätzliche Nährmittelzugabe in die dritte Kammer vorgenommen, die aus steriler Leitungswasserlösung von 25,0 Gew.-/Vol.-% Glucose, 3,25 Gew.-/Vol.-% (NH₄J₂SO₄, 0,2 Gew.-/Vol.-% KH₂PO₄, pH eingestellt auf 6,8, bestand; diese wurde mit einer Geschwindigkeit von 33 ml/Std. eingeführt. Nach weiteren drei 24-Stunden-Perioden wurden diese zusätzlichen Nährmittel um 50% reduziert, wobei die Zugabegeschwindigkeit 33 ml/Std. blieb; nach weiteren vier 24-Stunden-Perioden wurde eine zusätzliche Nährmittelzugabe derselben Zusammensetzung in die vierte Kammer mit einer Geschwindigkeit von 33 ml/Std. vorgenommen. Diese zusätzlichen Nährmittelzugaben wurden mit dieser Geschwindigkeit bis zum Ende des Versuchs beibehalten.

Proben des Fermentationsbreis wurden aus jeder Kammer in 24stündigen Zwischenräumen entnommen und auf ihren Neomycingehalt hin geprüft Die nach verschiedenen 24-Stunden-Perioden erhaltenen Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle III angegeben.

Tabelle IH

Zahl der Neomycintiter (mcg/g) in der Kammer

24-Stunden-Perioden 12 3 4 5

6	630	1079	1947	2130	1958
8	69?	1336	1730	1972	1965
10	514	1256	1496	1952	1936
12	616	1232	1763	2469	2605
14	742	1263	1970	2770	2517
16.	662	1495	2260	2550	2595
18	497	1200	1978	2377	2557
20	420	962	1878	2465	2635
22	342	905	1609	2036	2380
24	330	807	1307	1976	2244

Mit dem oben beschriebenen Medium kann in einer herkömmlichen kleinen chargenweise betriebenen Versuchsfermentieranlage ein Neomycintiter von ungefähr nur 1750 mcg/g 8 Tage lang erhalten werden, was einer Produktivität von nur 0,22 g/1/24 Std. entspricht.

In diesem Beispiel beträgt die Produktivität während einer 20tägigen Zeitdauer mit einer Flußgeschwindigkeit von 10 Liter/24 Stunden 0,51 g/1/24 Std. Es beträgt daher die Zunahme der Produktivität bei Verwendung der erfindungsgemäßen Anlage gegenüber einer herkömmlichen chargenweise betriebenen Fermentieranlage das 2,28fache.

Beispiel 4

Ein Versuch zur Erläuterung der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens für die kontinuierliche Züchtung von Curvularia prasadii für die mikrobiologische Umwandlung der Verbindung »S« zu Hydrocortison wurde wie folgt durchgeführt:

Es wurde eine Fermentationskolonne des in Fig. 5 erläuterten Typs verwendet, wobei die Ausrüstung im wesentlichen dieselbe vie im Beispiel 3 war.

Die Vorrichtung wurde mit Dampf sterilisiert und die erste Kammer zur Hälfte mit einem sterilen NährmiUel-Leilungswassermedium gefüllt, das 1,0 Gew.-/ Vol.-% durch Einwirkung von Trypsin erhaltenes Pcpton, 1.0 Gew.-/Vol.-% Saccharose, 0,2 Gew.-/Vol.-% NaNO₅. 0,05 Gew.-/Vol.-% KCl, 0,05 Gew.-/Vol.-% MgSO₄ ■ 711,0 und 0,001 Gew.-/Vol.-% FeSO, ■ 711,0, pH 4,5. enthielt. Sterile Luft wurde dur-h den Einlaß 5 mit einer Geschwindigkeit von 20 Liier/Minute eingeführt und die Welle 35 mit 200 UpM rotiert. Die Kammer 2 (d. h. die erste Kammer) wurde dann mit 2 Liter 24 Stunden gezogener Impfkultur von Curvularia prasadii geimpft. Steriles Nährmedium wurde der Kammer 2 über den Einlaß 6 mit einer Geschwindigkeit von 1 I/Std. zugeführt. Die Temperatur der Fermentation wurde auf 26°C geregelt.
Es wurden nach drei 24-Stunden-Perioden aus den

do ersten, zweiten und dritten Kammern Flüssigkeitsproben genommen und 100-ml-Anteile in sterile 500-ml-Erlenmeyer-Kolben überführt. Die Verbindung »S« wurde dem Kolben in einem Verhältnis von 1000 mcg/ml als Lösung in Dimethylformamid

6s zugegeben. Die Kolben wurden dann in eine Schüttelapparatur gegeben, und 24 Stunden nach Zugabe der Verbindung »S« wurden Pioben auf Hydrocortisonumwandlung untersucht.

'i

15 ^υ

	Hierzu 2 Blatt \	Umwandlung	3	7,2
	1 2
pH-Wert der aus der	4,5 6,3
Kammer entnommenen		10,0
Probe
Trockengewicht in der aus	9,6 14,8
der Kammer eninommenen		38,9
Probe (mg/ml)
% Umwandlung zu Hydro-	8,9 28,9
cortison
Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kontinuierliches Fermentationsverfahren, bei dem lebende Zellen in einem im wesentlichen zylindrischen länglichen Turm, der in seiner Längsachse im wesentlichen vertikal aufgestellt ist, gezüchtet werden, der durch Trennorgane in mehrere, im wesentlichen vertikal übereinander angeordnete Kammern aufgeteilt ist, die fermentierbare Flüssigkeit einer unteren Kammer zugeführt und die Fermentationsprodukte aus einer oberen Kammer abgeführt werden, ein Gasstrom durch den Turm aufwärts geführt wird, die Trennorgane innerhalb des Turms in einer Ebene im wesentlichen querlaufend zu der Längsachse des Turms befestigt sind, wobei die Trennorgane so ausgestaltet sind, daß sie den Gasstrom zwar durchlassen, jedoch begrenzen, so daß im oberen Teil jeder Kammer eine Gastasche gebildet, der Flüssigkeitsstrom zwischen den einzelnen Kammern unterbrochen und die Fermentationsbrühe mittels des Gasstromes durch die Gastaschen mitgerissen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die Größe der Gastaschen mit Hilfe einer Ablenkplatte, die unterhalb des Trennorgans in einer Ebene im wesentlichen querlaufend zur Längsrichtung des Turms angebracht ist und dieses teilweise abdeckt, begrenzt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, die in vertikaler Richtung die Form eines länglichen Turms aufweist, der eine Einlaßöffnung zur Einleitung einer fermentierbaren Flüssigkeit am unteren Ende des Turms und eine Auslaßöffnung zum Abziehen der Fermentationsprodukte am anderen Ende des Turms aufweist und in mehrere hintereinandergeschaltete Kammern aufgeteilt ist, wobei das Auslaßteil jeder Kammer mit dem Einlaßteil der nächsten Kammer in Flußrichtung mittels eines Trennorgans verbunden ist, das innerhalb des Turms in einer zur Längsachse des Turms senkrechten Ebene angeordnet und so ausgestaltet ist, daß es den Gasfluß durch den Turm vom Einlaß zum Auslaß zuläßt, jedoch begrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Trennorgan teilweise durch eine Ablenkplatte abgedeckt ist, die auf der Einlaßseite in einer zur Längsachse des Turms im wesentlichen senkrechten Ebene angebracht ist.

50

Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Fermentationsverfahren, bei dem lebende Zellen in einem im wesentlichen zylindrischen länglichen Turm, der in seiner Längsachse im wesentlichen vertikal aufgestellt ist, gezüchtet werden, der durch Trennorgane in mehrere, im wesentlichen vertikal übereinander angeordnete Kammern aufgeteilt ist, die fermentierbarc Flüssigkeit einer unteren Kammer zugeführt und die Fermentationsprodukte aus einer oberen Kammer abgeführt werden, ein Gasstrom durch den Turm auf- ho wärts geführt wird, die Trennorgane innerhalb des Turms in einer Ebene im wesentlichen querlaufend /u der Längsachse des Turms befestig! sind, wobei die Trennorgane so ausgestaltet sind, daß sie den Ciasslrom zwar durchlassen, jedoch begrenzen, so dal.i <,s im oberen Teil jeder Kammer eine Gastasche gebildet, der Flüssigkeitsstrom zwischen den einzelnen Kammern unterbrachen und die Fermentationsbrühe mittels des Gasstromes durch die Gastaschen mitgerissen wird. Ferner betrifft die Erfindung noch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die Vorteile von kontinuierlichen Fermentationsverfahren im Vergleich zu chargenweise durchgerührten Verfahren sind bekannt Man erzielt bei kontinuierlicher Arbeitsweise unter anderem eine erhöhte Produktivität, wobei die für einen gegebenen Produktausstoß erforderliche Anlagengröße kleiner ist.

Aus den zahlreichen Veröffentlichungen, die sich sowohl mit aeroben als auch anaeroben, kontinuierlichen Fermentationsverfahren befassen, ist es bekannt, daß ein Mehrstufenverfahren, das heißt ein Verfahren, das eine Vielzahl aufeinanderfolgender, getrennter Fermentationszonen umfaßt, im Vergleich zu einem Einstufenverfahren, das nur eine Fermentationszone verwendet, vorteilhaft ist.

Ein Vorteil besteht in der besseren Abstimmung der Verweilzeiten, und zwar sowohl der Mikrobenzellen als auch des Substrats in dem System, vodurch eine verbessert wirksame Umwandlung des Substrats in das gewünschte Stoffwechselprodukt erzielt wird. Ein anderer Vorteil besteht darin, daß man in aufeinanderfolgenden Fermentationszonen unterschiedliche Bedingungen einstellen kann. Dies ist deswegen vorteilhaft, weil viele Mikroorganismen erst nach ihrem Wachstum das gewünschte Produkt produzieren und die optimalen Bedingungen von beispielsweise Temperatur, pH-Wert, Nährmittelzusammensetzung, Substrat- und Produktkonzentration, für jede Stufe oftmals unterschiedlich sind. Viele der in industriell bedeutsamen Fermentationsverfahren, wie zum Beispiel die Herstellung von Antibiotika und Steroidumwandlungsverfahren, eingesetzten Mikroorganismen gehören zu dieser Art.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1205 041 ist eine Gärvorrichtung für ein Verfahren zur Herstellung von Bier, bei welchem ein kontinuierlich in einen ersten Behälter einfließendes Gemisch aus Würze, Hefe und Luft unter intensivem Rühren der Gärung unterworfen und anschließend in einen zweiten Behälter übergeführt wird, in dem die Gärung unter schwachem Mischen fortgesetzt wird und aus dem die vergorene Würze unter Abtrennung der Hefe und unter Kühlung abgeführt wird, bekannt, wobei der erste Behälter eine sich über seine ganze, sich in Strömungsrichtung erstreckende Höhe und der zweite Behälter eine sich über seinen unteren Teil erstreckende Kühlvorrichtung aufweist, wobei der zweite Behälter eine Höhe besitzt, die größer ist als sein Durchmesser. Dieses Verfahren ermöglicht somit nur ein kontinuierliches Fließen von Würze, Hefe und Luft, ohne eigentliche Trennung in verschiedene Fermentationszonen oder -kummern. Aus der deutschen Auslegeschrift Ί2 07 324 ist ferner eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Vergären von Würze bekannt, bei der, über die Höhe eines Gärturms verteilt, sich über den Querschnitt erstreckende perforierte Vcrteilerelemente vorgesehen sind, welche die mit der Würze unten zugeführte Lull über den Querschnitt des üa'rturms zur Erzielung einer gleichmäßigen Strömungsgeschwindigkeit verteilen und die Ausbildung größerer Gasblasen verhindern. Die deutsche Auslegeschriu 16 42 653 arbcilei mit mehreren getrennt arbeitenden Gärkammcin, die in Reihe geschaltet und durch einen freien Luftraum getrennt sind. Dieser Luftraum ist indes relativ groß und nicht variabel.

Bei Mehrstufenfermentationsvei fahren treten jedoch in der Praxis beträchtliche Nachteile auf. So ist es