DE19604700C1

DE19604700C1 - Organic acid production process uses Donnan-dialysis anion exchanger-membrane

Info

Publication number: DE19604700C1
Application number: DE19604700A
Authority: DE
Inventors: Karl W Dr Boeddeker; Christian Schorm; Dario Dr Windmoeller
Original assignee: GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
Current assignee: GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
Priority date: 1996-02-09
Filing date: 1996-02-09
Publication date: 1997-05-07
Anticipated expiration: 2016-02-10
Also published as: WO1997029203A1

Abstract

The invention proposes a process for the separation of organic acids (14) from a fermentation medium (12) contained in a fermentation device (11). The fermentation medium (12) is supplied onto a membrane device (13) in which the acid (14) contained in the fermentation medium (12) is separated. The membrane device (13) works according to the principle of Donnan dialysis through anion exchanger membranes. The fermentation medium (12) (supply) is circulated along the supply side (15) of the membrane device (13) while a dialysate (17) is circulated along the outlet side (16) of the membrane device (13), in which the acid (14) traversing the membrane (13) is enriched as salt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Separierung organischer Säuren aus einem in einer Fermentationsein richtung befindlichen Fermentationsmedium, wobei das Fermentationsmedium auf eine Membraneinrichtung geführt wird, in der die im Fermentationsmedium enthaltene Säure separiert wird.The invention relates to a method for separation organic acids from one in a fermentation unit direction located fermentation medium, the Fermentation medium performed on a membrane device in which the acid contained in the fermentation medium is separated.

Die Gewinnung organischer Säuren aus verdünnten wäßrigen Lösungen ist mit herkömmlichen Methoden wie der Destillation, der Rektifikation, der Flüssig-Flüs sig-Extraktion und ähnlichen Verfahren prozeßtechnisch sehr aufwendig bzw. bei komplexen Ausgangsgemischen häufig sehr unselektiv. Keines der herkömmlichen Ver fahren kann überdies mit einem aktiven Fermentations prozeß gekoppelt werden. Gerade bei biologischen Produktionsverfahren verringert sich jedoch häufig die Stoffwechselaktivität der Mikroorganismen mit zunehmen der Säurekonzentration im Reaktor. Aufgrund dieser Eigenschaft wird die Produktivität und die maximal erreichbaren Zell- und Produktkonzentrationen durch die mikrobiell produzierten organischen Säuren limitiert. Beispiele für biologische Verfahren mit Produkthemmung durch Säuren sind u. a. Essigsäure-Fermentation mit Acetobacter aceti, die fermentative Milchsäuregewinnung mit Lactobacillus casei und die Vitamin B₁₂-Gewinnung mit Propionsäurebakterien.Obtaining organic acids from dilute aqueous Solutions is with traditional methods like that Distillation, rectification, liquid flows sig extraction and similar processes very complex or with complex starting mixtures often very unselective. None of the conventional ver Can also drive with an active fermentation process are coupled. Especially with biological However, production processes often decrease Metabolic activity of the microorganisms increase the acid concentration in the reactor. Based on these The property becomes the most productive and the maximum achievable cell and product concentrations through the limited microbial organic acids. Examples of biological processes with product inhibition by acids are u. a. Acetic acid fermentation with Acetobacter aceti, the fermentative production of lactic acid with Lactobacillus casei and the vitamin B₁₂ extraction with propionic acid bacteria.

Zur Gewinnung der produzierten Säuren und parallel auftretender Stoffwechselprodukte sind aufgrund der geringen Produktkonzentrationen in der Regel eine Reihe von Verfahrensschritten nötig, die die fermentative Stoffgewinnung im Vergleich mit chemischen Syntheseme thoden sehr zeit- und kostenintensiv werden lassen. Die Nachteile, die mit der Produkthemmung verbunden sind, werden bisher weitgehend hingenommen bzw. durch Zugabe pH-regelnder Reagenzien nur unzureichend vermindert oder durch ein vergrößertes Reaktionsvolumen kompensiert.To extract the acids produced and in parallel occurring metabolic products are due to the low product concentrations usually a number of process steps necessary that the fermentative Fabric extraction in comparison with chemical syntheses methods can be very time and cost intensive. The Disadvantages associated with product inhibition have so far largely been accepted or by adding pH-regulating reagents insufficiently reduced or compensated by an increased reaction volume.

Um die Hemmung des mikrobiellen Wachstums in einem Fermentationsprozeß durch Säuren zu vermindern und die Produktbildung zu forcieren, sind neuerdings Elektro dialyseverfahren vorgeschlagen worden, die auch mit einem aktiven Bioreaktor betrieben werden können. Mittels Elektrodialyse werden die Säuren dem Reaktorme dium entzogen und in einen zweiten Flüssigkeitskreislauf überführt. Die säureabgereichte Lösung wird anschließend dem Reaktor wieder zugeführt. Sowohl bezüglich der Wirksamkeit als auch des Verfahrensaufwandes hat dieses Verfahren schwerwiegende Nachteile. Zum einen weisen die Ionenaustauschermembranen eine Durchlässigkeit für Protonen bzw. Säuremoleküle auf, die deren Anreicherung im Dialysatstrom, d. h. Abreicherung im Reaktormedium, eine Grenze setzen (begrenzte Selektivität). Zum anderen hat das elektrische Feld in der Elektrodialyseeinheit im allgemeinen einen negativen Einfluß auf die Mikroorga nismen, so daß vor der Elektrodialyse die Mikroorganis men durch eine Filtereinheit, die beispielsweise nach dem Prinzip der Ultrafiltration oder der Mikrofiltration betrieben wird, abgetrennt und dem Reaktor wieder zugeführt werden müssen (zellfreies Medium). Mit der Elektrodialyse kann die Produktivität von Bioprozessen zwar verbessert werden, jedoch mit beschränktem Wir kungsgrad und unter Inkaufnahme einer aufwendigen Anlagenkonzeption mit zwei hintereinandergeschalteten Membranverfahren (1. Abtrennung der Mikroorganismen, 2. Elektrodialyse) und entsprechend hohen Kosten für die Investition und das Betreiben derartiger Anlagen.To inhibit microbial growth in one To reduce fermentation process by acids and the Forcing product formation has recently become electrical dialysis procedures have also been proposed, including those with an active bioreactor can be operated. The acids are transferred to the reactor by electrodialysis dium withdrawn and into a second liquid circuit transferred. The acid-depleted solution is then fed back to the reactor. Both regarding the This has effectiveness as well as the procedural effort Procedure serious disadvantages. On the one hand, the Ion exchange membranes are permeable to Protons or acid molecules on their accumulation in the dialysate stream, d. H. Depletion in the reactor medium, set a limit (limited selectivity). On the other hand has the electric field in the electrodialysis unit in the generally a negative impact on the microorganism nisms so that the microorganism before electrodialysis men through a filter unit, for example after the principle of ultrafiltration or microfiltration operated, separated and the reactor again must be supplied (cell-free medium). With the Electrodialysis can increase the productivity of bioprocesses may be improved, but with a limited we degree of efficiency and at the expense of an expensive System design with two cascaded Membrane process (1. separation of the microorganisms, 2. Electrodialysis) and correspondingly high costs for the Investment and operation of such systems.

Grundsätzlich ist es bekannt, organische Säuren auch mittels der sogenannten Donnan-Dialyse abzutrennen (Derwent-Abstrakt C87-119323).Basically, it is known, organic acids too separated by means of the so-called Donnan dialysis (Derwent abstract C87-119323).

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das die erheblichen Nachteile bisheriger Verfahren dieser Art nicht hat, das einfach und sehr wirksam und mit hoher Selektivität durchführbar ist und das im Vergleich zu bisherigen Verfahren dieser Art kostengünstig durch führbar ist.It is therefore an object of the present invention To create procedures of the type mentioned, the the considerable disadvantages of previous methods of this Kind of that is simple and very effective and with high selectivity is feasible and that in comparison to previous methods of this type inexpensively is feasible.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß die Membraneinrichtung nach dem Prinzip der Donnan- Dialyse mit Anionenaustauschermembranen betrieben wird, wobei das Fermentationsmedium (Zulauf) nach Art eines Kreislaufs längs der Zufuhrseite der Membraneinrichtung geführt wird und längs der Abführseite der Membranein richtung nach Art eines Kreislaufs ein alkalisches Dialysat geführt wird, welches durch Zugabe von Basen auf einen alkalischen pH-Wert eingestellt ist. The object is achieved according to the invention in that the membrane device according to the principle of the Donnan Dialysis is carried out with anion exchange membranes, wherein the fermentation medium (feed) in the manner of a Circuit along the supply side of the membrane device is guided and along the discharge side of the membrane an alkaline direction Dialysate is carried out, which by adding bases is set to an alkaline pH.

In einem solchen bi-ionischen System durchqueren Ionen gleichen Ladungssinnes (Anionen) in entgegengesetzter Richtung die Anionenaustauschermembranen: die Säurean ionen aus dem Reaktormedium in das Dialysat (wo sie in Form des Salzes der jeweiligen Säure gewonnen werden können), die Hydroxidionen aus dem Dialysat in das Reaktormedium (wog sie die Protonen der Säure augen blicklich zu Wasser neutralisieren). Die bei der Elek trodialyse nachteilige Protonendurchlässigkeit der Membranen wirkt bei der hier beschriebenen Donnan- Dialyse in die gewünschte Richtung, indem sie zum vollständigen Austrag der Säuren beiträgt.In such a bi-ionic system, ions traverse same sense of charge (anions) in opposite Towards the anion exchange membranes: the acid ions from the reactor medium into the dialysate (where they are in Form of the salt of the respective acid can be obtained can), the hydroxide ions from the dialysate into the Reactor medium (she weighed the protons of the acid neutralize visibly to water). The at the Elek trodialysis adverse proton permeability of the Membranes act in the Donnan described here Dialysis in the desired direction by going to the complete discharge of the acids.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen im wesentlichen darin, daß durch die Donnan-Dialyse und des mit ihr gekoppelten Bioprozesses gegenüber den bishe rigen Elektrodialyseverfahren der apparative Aufwand und der Energiebedarf erheblich reduziert werden können. Zur Erhöhung der Produktivität des Bioprozesses, auch hinsichtlich der gebildeten Säuren, trägt bei, daß das erfindungsgemäße Verfahren einen vollständigen Austrag der Säuren gestattet, und daß darüber hinaus die Säuren (in Form der entsprechenden Salze) im Dialysat angerei chert werden können.The advantages of the method according to the invention lie in essential in that by the Donnan dialysis and des coupled with her bioprocess compared to the previous the electrodialysis process and the expenditure on equipment the energy requirement can be significantly reduced. For Increase the productivity of the bioprocess, too with regard to the acids formed, contributes to the fact that Process according to the invention a complete discharge of acids allowed, and that beyond that acids (in the form of the corresponding salts) in the dialysate can be saved.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahrenskombination ist, daß die Geschwindigkeit des Säureaustrags aus dem Bioprozeß durch Einstellung des pH-Wertes (der Basenkonzentration) im Dialysatkreislauf kontrollierbar ist. Im Sinne der Erfindung ist die über die Membraneinrichtung dem Fermentationsmedium entzogene Säuremenge pro Zeiteinheit derart steuerbar, daß im Fermentationsmedium durch die darin enthaltenen Mikro organismen einerseits ein Maximum an Säure produziert wird, und andererseits ein Maximum-an Mikroorganismen im Fermentationsmedium selbst entsteht. Mit einer derar tigen vorteilhaften Verfahrenssteuerung wird dem Umstand Rechnung getragen, daß an sich die Säuremenge, die von den Mikroorganismen im Fermentationsmedium erzeugt wird, d. h. Säurekonzentration im Verlauf der Fermentation, einen maximalen Wert erreicht, der der Zellteilung der Mikroorganismen dann gegenläufig ist, wobei mit der vorgeschlagenen Verfahrensführung die Säurekonzentration durch Entzug der Säure immer derart groß gehalten wird, daß ein Maximum an sich neu bildenden Mikroorganismen, die die Säure erzeugen, aufrechterhalten wird.Another significant advantage of the invention Process combination is that the speed of the Acid discharge from the bioprocess by adjusting the pH value (the base concentration) in the dialysate circuit is controllable. In the sense of the invention that is about the membrane device removed from the fermentation medium Amount of acid per unit time controllable in such a way that Fermentation medium through the micro contained therein organisms on the one hand produces a maximum of acid and, on the other hand, a maximum of microorganisms in the Fermentation medium itself arises. With a derar term advantageous process control is the circumstance Taken into account that in itself the amount of acid produced by the microorganisms are generated in the fermentation medium, d. H. Acid concentration during fermentation, reaches a maximum value that corresponds to the cell division of the Microorganisms is then opposed, with the proposed procedure the acid concentration is always kept so large by withdrawing the acid, that a maximum of newly developing microorganisms, that generate the acid is maintained.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beige fügten Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispieles eingehend beschrieben. Das Beispiel betrifft die intra zelluläre Bildung von Vitamin B₁₂ bei gleichzeitiger extrazellulärer Bildung von Propionsäure durch Propioni bakterien. Im folgenden zeigen:The invention will now be described with reference to the beige added drawings using an exemplary embodiment described in detail. The example concerns the intra cellular formation of vitamin B₁₂ at the same time extracellular formation of propionic acid by propioni bacteria. The following show:

Fig. 1 in Form eines Blockschaltbildes den schema tischen Aufbau einer Anordnung zur Ausführung des Verfahrens, Fig. 1 in the form of a block diagram the schematic construction of an arrangement for carrying out the method,

Fig. 2 in graphischer Darstellung den Verlauf einer Vitamin-B₁₂-Fermentation vor (< 185 h) und nach (< 185 h) der Zuschaltung der Donnan-Dialyse, Fig. 2 shows the profile of a vitamin B₁₂-fermentation (h <185), in graphical representation before and after the Donnan dialysis (<185 h) of the flash,

Fig. 3 in graphischer Darstellung den Verlauf einer Vitamin B₁₂-Fermentation mit wachstumsabhän giger Donnan-Dialyse: im Vergleich zur Dar stellung von Fig. 2 erfolgte der Einsatz der Donnan-Dialyse periodisch jeweils vor dem signifikanten Absterben der Mikroorganismen. Fig. 3 in a graphical representation of the course of a vitamin B₁₂ fermentation with growth-dependent Donnan dialysis: compared to the representation of Fig. 2, the use of Donnan dialysis was periodically performed before the significant death of the microorganisms.

Unter Bezugnahme auf das in Fig. 1 dargestellte Block schaltbild einer Anordnung 10 zur Ausführung des Ver fahrens wird der prinzipielle Aufbau einer derartigen Anordnung 10 beschrieben.With reference to the block diagram of an arrangement 10 for executing the method shown in FIG. 1, the basic structure of such an arrangement 10 is described.

Diese umfaßt wenigstens eine Fermentationseinrichtung 11, in der ein Fermentationsmedium 12 enthalten ist, auf das eingehender noch weiter unten eingegangen wird. Die Fermentationseinrichtung 11 ist mit der Zufuhrseite 15 einer nach dem Prinzip der Donnan-Dialyse arbeitenden Membraneinrichtung 13 verbunden, wobei von der Zufuhr seite 15 wiederum eine Verbindung zur Fermentationsein richtung 11 vorgesehen ist, über die das säureabgerei cherte Fermentationsmedium 12 in die Fermentations einrichtung 11 zurückgeführt wird.This comprises at least one fermentation device 11 , in which a fermentation medium 12 is contained, which will be discussed in more detail below. The fermentation device 11 is connected to the supply side 15 a according to the principle of Donnan dialysis working diaphragm device 13, in which side of the supply 15 is in turn connect to the Fermentationsein device 11 is provided, via which the säureabgerei-assured fermentation medium 12 device in the fermentation returned 11 becomes.

Die Abfuhrseite 16 der Membraneinrichtung 13 ist mit einem Behälter 27 bzw. Einrichtung verbunden, in der ein alkalisches Dialysat 17 aufgenommen wird. Das Dialysat 17 wird über eine Verbindung auf die Abführseite 16 der Membraneinrichtung 13 geführt, wobei das säure- bzw. salzangereicherte Dialysat 17 wiederum von der Abführseite 16 der Membraneinrichtung 13 zurück in den Behälter 27 geführt wird.The discharge side 16 of the membrane device 13 is connected to a container 27 or device in which an alkaline dialysate 17 is received. The dialysate 17 is fed via a connection to the discharge side 16 of the membrane device 13 , the acid- or salt-enriched dialysate 17 in turn being fed back into the container 27 from the discharge side 16 of the membrane device 13 .

Der Transport des Fermentationsmediums 12 von der Fermentationseinrichtung 11 zur Membraneinrichtung 13 und der Transport des Dialysats 17 vom Behälter 27 zur Membraneinrichtung 13 wird durch jeweilige Pumpen 24, 25 ausgeführt, die geeignet gesteuert werden, was in Fig. 1 mittels der gestrichelten Linien dargestellt ist, die mit einer Erfassungs- und Steuereinrichtung 26 verbunden sind, auf die noch weiter unten eingegangen wird. The transport of the fermentation medium 12 from the fermentation device 11 to the membrane device 13 and the transport of the dialysate 17 from the container 27 to the membrane device 13 is carried out by respective pumps 24 , 25 , which are suitably controlled, which is shown in FIG. 1 by the dashed lines, which are connected to a detection and control device 26 , which will be discussed further below.

Sowohl der Behälter 27 mit dem Dialysat 17 als auch die Fermentationseinrichtung 11 mit dem Fermentationsmedium 12 können geeignet durch jeweils damit verbundene Temperierungseinrichtungen 20, 21 temperiert werden, wobei die Temperatur in den jeweiligen Medien durch die Erfassungs- und Steuereinrichtung 26 gesteuert werden kann, was durch die gestrichelte Linie in Fig. 1 sche matisch dargestellt ist.Both the container 27 with the dialysate 17 and the fermentation device 11 with the fermentation medium 12 can be suitably temperature-controlled by means of temperature control devices 20 , 21 connected to them, whereby the temperature in the respective media can be controlled by the detection and control device 26 , which by the dashed line in Fig. 1 is shown mathematically.

Die Fermentationseinrichtung 11 ist zudem noch mit Behältern verbunden, in denen Neutralisationsmittel 18, 19 enthalten sind, beispielsweise im einen Phosphorsäu re, im anderen Ammoniaklösung, um den pH-Wert des Fermentationsmediums 12 einzustellen, der durch die pH-Werterfassungseinrichtung 28 erfaßt wird und auf die Erfassungs- und Steuereinrichtung 26 gegeben wird, was durch die gestrichelte Linie dargestellt wird. Ebenfalls erfaßt wird die Temperatur des Fermentationsmediums 12 durch eine Temperaturerfassungseinrichtung 29, deren Signale ebenfalls auf die Erfassungs- und Steuerein richtung 26 gegeben wird, was ebenfalls durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist.The fermentation device 11 is also connected to containers in which neutralizing agents 18 , 19 are contained, for example in one phosphoric acid, in the other ammonia solution in order to adjust the pH of the fermentation medium 12 , which is detected by the pH value detection device 28 and on the detection and control device 26 is given, which is shown by the dashed line. The temperature of the fermentation medium 12 is also detected by a temperature detection device 29 , the signals of which are also given to the detection and control device 26 , which is also shown by a broken line.

Ein motorgetriebenes Rührwerk 30, das gegebenenfalls ebenfalls von der Erfassungs- und Steuereinrichtung 26 gesteuert werden kann, sorgt dafür, daß das Fermentati onsmedium 12 in der Fermentationseinrichtung 11 bei der Ausführung des Verfahrens fortwährend in Bewegung gehalten wird.A motor-driven agitator 30 , which can optionally also be controlled by the detection and control device 26 , ensures that the fermentation medium 12 is kept in motion in the fermentation device 11 during the execution of the method.

Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde hier zunächst als beispielhafter Bioprozeß die Vitamin B₁₂-Fermentation mit Propionibacterium freudenreichii ssp. freudenreichii (DSM 20271) gewählt. Propionibak terien verwerten Glukose und stammspezifisch andere Kohlenhydrate u. a. zu Propionsäure und Vitamin B₁₂ (QUESADA-CHANTO 1993). Die Propionsäure wird an das umgebende Medium abgegeben und vermindert, in Abhängig keit von deren Konzentration, das Wachstum der Bakterien im Fermentationsmedium 12. Dadurch erreicht die Bakte riendichte im Verlauf der Fermentation einen maximalen Wert, der durch die Säurekonzentration bestimmt wird. In Fig. 2 ist die Bakteriendichte (Biomasse) und die Propionsäurekonzentration im Verlauf der Fermentation dargestellt. Nachdem die Bakteriendichte durch die entstandene Säure abnahm, setzte im Verlaufe des Ver fahrens die Donnan-Dialyse ein (gestrichelte Linie) und verringerte innerhalb von 20 Stunden die Propionsäure konzentration in der Fermentationseinrichtung 11 von 31 auf 6,5 g/l. Durch den Entzug der Säure 14 wurden die Bakterien zur weiteren Zellteilung und Säureproduktion animiert.To carry out the method according to the invention, the vitamin B 12 fermentation with Propionibacterium freudenreichii ssp was first used here as an exemplary bioprocess. freudenreichii (DSM 20271) was chosen. Propionibak terien utilize glucose and strain-specific other carbohydrates to propionic acid and vitamin B₁₂ (QUESADA-CHANTO 1993). The propionic acid is released to the surrounding medium and, depending on its concentration, reduces the growth of the bacteria in the fermentation medium 12 . As a result, the bacterial density reaches a maximum value during the fermentation, which is determined by the acid concentration. In FIG. 2, the density of bacteria (biomass) and the propionic acid concentration is shown in the course of the fermentation. After the bacterial density decreased due to the acid produced, Donnan dialysis started in the course of the process (dashed line) and reduced the propionic acid concentration in the fermentation device 11 from 31 to 6.5 g / l within 20 hours. By withdrawing acid 14 , the bacteria were encouraged to continue cell division and acid production.

Bei der Verfahrensführung gemäß der Darstellung von Fig. 3 wurde die Donnan-Dialyse jeweils vor der signifikanten Reduktion der Zelldichte begonnen und für einige Stunden betrieben. Durch den Entzug der Säure 14 konnte eine fortlaufend erhöhte Zelldichte und eine ebenfalls erhöhte Propionsäureproduktion erzielt werden. Die Zelldichte wurde bei dieser Verfahrensführung von 5,6 g/l auf 8,1 g/l erhöht, während die Säurekonzentration entsprechend den Betriebsintervallen der Donnan-Dialyse den in Fig. 3 dargestellten Verlauf nahm.In the process procedure according to the illustration of FIG. 3, the Donnan dialysis was started in each case prior to significant reduction in cell density and operated for several hours. By withdrawing the acid 14 a continuously increased cell density and also an increased propionic acid production could be achieved. The cell density was increased from 5.6 g / l to 8.1 g / l in this procedure, while the acid concentration took the course shown in FIG. 3 in accordance with the operating intervals of the Donnan dialysis.

Bei den vorangehend beschriebenen Verfahrensführungen bzw. den abgewandelten Verfahrensführungen mittels der Anordnung 10 gemäß Fig. 1 gilt allgemein, daß das Fermentationsmedium 12 direkt längs der Zufuhrseite 15 der nach dem Prinzip der Donnan-Dialyse betriebenen Membraneinrichtung 13 gefördert wird, und zwar in unfiltrierter Form, wobei die organische Säure 14 durch die Ionenaustauschermembranen in das Dialysat 17 über führt wird, und wobei das Dialysat 17 nach Art eines Kreislaufs längs der Abführseite 16 der Membraneinrich tung 13 geführt wird. Das säureabgereicherte Fermenta tionsmedium 12 wird dann wieder in die Fermentations einrichtung 11, und das säure- bzw. salzangereicherte Dialysat zum Behälter bzw. der Einrichtung 27 zurückge führt. Durch prozeßtechnische Regelung für die Schalt zustände und die Förderleistungen der Umwälzpumpen für den Kreislauf des Fermentationsmediums 12 sowie des Kreislaufs des Dialysats 17 mittels der Erfassungs- und Steuereinrichtung 26, die beispielsweise aus einem Prozeßrechner bestehen kann, kann die Abreicherung des Fermentationsmediums 12 von Säure 14, und damit die Produktivität des Gesamtverfahrens, gesteuert werden.In the above-described process procedures or the modified procedure guides by means of the assembly 10 of FIG. 1 that the fermentation medium 12 of the supply side is promoted 15 of the principle of Donnan dialysis operated diaphragm means 13 directly along, in unfiltered form is generally true, wherein the organic acid 14 is passed through the ion exchange membranes into the dialysate 17 , and the dialysate 17 is guided in the manner of a cycle along the discharge side 16 of the device 13 Membrane device. The acid-depleted fermentation medium 12 is then again in the fermentation device 11 , and the acid or salt-enriched dialysate leads back to the container or the device 27 . Through process control for the switching states and the delivery rates of the circulation pumps for the circuit of the fermentation medium 12 and the circuit of the dialysate 17 by means of the detection and control device 26 , which can consist, for example, of a process computer, the depletion of the fermentation medium 12 from acid 14 , and thus the productivity of the overall process.

BezugszeichenlisteReference list

10 Anordnung
11 Fermentationseinrichtung
12 Fermentationsmedium
13 Membraneinrichtung
14 Säure
15 Zuführseite/Membraneinrichtung
16 Abführseite/Membraneinrichtung
17 Dialysat
18 Neutralisationsmittel
19 Neutralisationsmittel
20 Temperatureinrichtung
21 Temperatureinrichtung
22 Pumpe
23 Pumpe
24 Pumpe
25 Pumpe
26 Erfassungs- und Steuereinrichtung
27 Dialysatbehälter
28 pH-Wert Erfassungseinrichtung
29 Temperaturerfassungseinrichtung
30 motorgetriebenes Rührwerk 10 arrangement
11 fermentation device
12 fermentation medium
13 membrane device
14 acid
15 feed side / membrane device
16 discharge side / membrane device
17 dialysate
18 neutralizing agent
19 neutralizing agent
20 temperature device
21 temperature device
22 pump
23 pump
24 pump
25 pump
26 Detection and control device
27 dialysate container
28 pH value detection device
29 Temperature detection device
30 motorized agitator

Claims

1. A method for separating organic acids from a fermentation medium located in a fermentation device, the fermentation medium being passed to a membrane device in which the acid contained in the fermentation medium is separated, characterized in that the membrane device ( 13 ) according to the principle of Donnan dialysis is operated with anion exchange membranes, the fermentation medium ( 12 ) (feed) being guided in the manner of a circuit along the feed side ( 15 ) of the membrane device ( 13 ) and along the discharge side ( 16 ) of the membrane device ( 13 ) in the manner of a circuit an alkaline dialysate ( 17 ) is passed in which the acid ( 14 ) passing through the membrane ( 13 ) is enriched as a salt.

2. The method according to claim 1, characterized in that the pH of the fermentation medium ( 12 ) is kept at a predetermined value during the course of the process.

3. The method according to claim 2, characterized in that the pH of the fermentation medium ( 12 ) is kept at a predetermined value by suitable control of the amount of acid removed per unit of time.