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Beschreibung
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur kontinuierlichen
Desintegration von Mikroorganismenzellen, was zum Beispiel in der mikrobiologischen
sowie medizinischen und Nahrungsgüterindustrie erforderlich ist.
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Die Erfindung schließt die Konstruktion der Anlage für kontinuierliche
Desintegration von Mikroorganismenzellen-Suspension zum Beispiel von Hefe-, Bakterien-
und Pilzetyp. Die Anlage kann als Mehrzweckanlage in der mikrobiologischen Industrie
zur Gewinnung von Desintegrationsmitteln der Zellen, die eine erhöhte Verdaulichkeit
aufweisen, zur Verdrängung der Plaamolysestufe sowie zur Abtrennung intrazellulärer
Biopolymere, zum Beispiel Eiweiß, Fermenten, Nukleinsäuren und anderen,eingesetst
werden.
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Bekannt ist eine große Anzahl von Verfahren und Apparaturen zur Desintegration
von Mikroorganismenzellen, dio in Laborpraxis angewendet werden (siehe "Desintegration
von Mikroorganismen. Sammelband, Materialien der 1. Unionskonfarenz, Puschtschino-am-Oka,
1972).
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Die Anwendung von Desintegrationsmitteln im großtechnischen Umfang
für diese Zwecke ist jedoch durch zwei Verfahren in entsprechender appara tureflmäß
i ger Ausführung beschränkt.
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Eines davon ist das Verfahren des Hydroextrudierens, das im Komprimieren
der Jeweiligen Zellenauspension bis zu einen Druck in der Größenordnung von 3000
ats mit nachfolgender Reduzierung dieses Druckes bis zum Atmosphärendruck in einer
beziehungsweise in einigen Stufen besteht. Die Konstruktion der Anlage wurde von
der Firma kanten Gaulin /USA/ entwickelt Sie wird gebaut mit einer Leistung bis
10 m³/h.
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Eine solche Anlage wurde vorwiegen zur Homogenisierung von Milch,
Milcherzeugnissen, Saft, Kindernahrung und anderen entwickelt und im Prozeß des
Desintegration von Mikroorganismenzellen eriorscht, wobei unbestimmte Ergebnisse
erzielt wurden, die von der Höhe des Druckes und der Geschwi digkeit seiner Veränderung
abhängig sind.
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Diese Konstruktion zeichnet sich durch AnXendunS hoher Drücke (bis
3000 atm), durch hohen Energie und äotallaufwand sowie durch eine ungenügende Effektivität
des Desintegrationsprozesses von Zellen bei einstufiger Reduzierung des Druckes
aus.
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Ein anderes großtechnisches Verfahren, das zur Desintegration von
Mikroorganismen eingesetzt wird stellt eine Kugelmühle, das heißt das Zermahlen
von Zellen mittels Mahlkörpern (Karborund, Glas und anderes mehr), mit eines Durchmesser
von 0,5-0,75 mm in zylindrischer abkühlbarer Kammer dar, die mit mit großer Geschwindigkeit
rotierenden Schlagflügeln versehen ist.
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Derartige Desintegrationsmittel vom Ryp Dyno-Mill werden von der
Firma WAB (Schweiz) produziert, sie weisen nach Angaben der Firma eine leistung
bis 0,3 m3/h nach Zellensuspension auf. Eine solche Konstruktion der Anlage ist
durch große Energieaufwendungen, durch starke Erhitzung, durch das Zermahlen der
Mahlkörper selbst, durch eine geringe Zuverlässigkeit und durch die Kompliziertheit
ihrer Bauart unter großtechnischen Bedingungen gekennzeichnet.
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Bekannt ist eine Konstruktion der Anlage die auf dem Prinzip der
"Dekompression" beruht (siehe Anmeldung der UdSSR für den Urheberschein Nr. 2092098/13
vom 30. Dezember 1974), und die zwei hintereinander gekoppelte dickwandige Behälter
enthält: Misch- und Homogenisierungsapparat elnschließt.
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Dabei hat das Mischgefäß Einführungen für Zellensuspension, die durch
eine Dosierungspumpe eintritt, sowie für komprimiertes Gas und ist mit einem Füllstandsregler
vom Schwimmertyp ausgerüstet. Die unter Gasdruck von 100-120 atn
gesättigte
Zellensuspension strömt durch das Homogenisierungsgefäß durch und wird in einer
Desintegrationsvorrichtung bis zum Atmosphärendruck verdünnt, die sich aus zwei
Gehäusen zusammensetzt: aus dem oberen Gehäuse, das mit einem tellerartigen Ventilsitz
und mit einer Dichtung versehen ist, und aus dem unteren Gehäuse, in dem ein Ventilsitz
mit runden Ansatz montiert ist, der sich auf einen Stoßdämpfer stützt. Die Gehäuse
sind mittels drei Stiftschrauben mit Zentrierscheiben und mit Nachstellschrauben
verbunden.
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Der Nachteil der oben genannten bekannten Anlage besteht in der Kompliziertheit
und arbeitsaufwendigen Nachstellung der Desintegrationsvorrichtung, in der Notwendigkeit
der Anwendung großer Kräfte sowie in der Beschränkung ihrer Arbeit auf Zellensuspension
(etwa 100 l/h).
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Bekannt ist außerdem eine Vorrichtung (US-PS 2 190 689), die für
die Zerstörung von Hefezellen geeignet ist. Sie setzt sich aus folgenden wichtigen
Baugruppen zusammen: einem Behälter für "Aktivierung n von Hefe, einer Pumpe zum
Umpumpen der Suspension durch einen Värmeaustauscher-Kühler in eine Kolloid-Mühle,
einem Hochdruckkompre s sor, einem Wärmeaustaus cher-Erhitzer und zuletzt einer
Zerstäubungsdüse und einem Sammelbehälter, der unter Atmosphärendruck oder unter
Vakuum gehalten werden kann.
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Bekannt ist auch aus der SU-PS 477 742 eine Vorrichtung zur Desintegration
biologischer Materialien. Diese Vorrichtung
besteht aus einem
dickwandigen Zylindergehäuse, in dem das Arbeitsmaterial untergebracht und ein Gasdruck
mit seiner nachfolgenden Reduzierung durch ein Hohlventil mit grossem Querschnitt
in dem AufnahmegefKB erzeugt wird. Dabei werden die Hebung des Ventils und die Reduzierung
des Druckes mittels eines Hebels vorgenommen, der über einem Aufnahmegefäß befestigt
ist.
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Wenn die erste Vorrichtung durch Mehrstufigkeit, Kompliziertheit
der AusrUstungen und der Kontrolle des Prozesses gekennzeichnet ist, so zeichnet
sich die zweite Vorrichtung durch Diskontinuität des Desintegrationsprozesses von
biologischen Materialien aus.
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Der Einsatz von KUhl- und Erhitzungsbaugruppen und einer in der Regel
leistungsschwachen Kolloid-Mühle im ersten Fall und des periodischen Betriebes im
zweiten Fall kann nicht als effektiv sowohl in verfahrenstechnischer als auch in
wirtschaftlicher Hinsicht bezeichnet werden.
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Hierdurch ist das Ziel der vorliegenden Erfindung die Entwicklung
eines Verfahrens für kontinuierliche Desintegration von flikroorganismenzellen,
das die Nachteile der bekannten technologischen Prozesse ähnlicher Zweckbestimmung
beseitigt. Außerdem besteht das Ziel der
vorliegerden Erfindung
in der Entwicklung einer Anlage zum Durchführen des genannten Verfahrens auf eine
besonders effektive Weise.
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Der Erfindung wurde eine technologische Aufgabe zugrunde gelegt,
die vorherige Vorbereitung der Wassersuspension von Mikroorganismenzellen so zu
verändern, daß eine Intensivierung des Desintegrationsprozesses ohne bedeutende
Romplizierung des technologischen Verfahrens und des Aufbaus der Anlage im Vergleich
zu den bekannten Verfahren und Vorrichtungen gleicher Zweckbestimmung erreicht wird.
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Zur Lösung der genannten technologischen Aufgabe wird erfindungsgemäß
ein verbessertes Verfahren zur kontinuierhohen Desintegration von Mikroorganismenzellen
in Form von HefeJ Bakterien und Pilzen mittels Drosselung der Wasser.
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suspension von Mikroorganismenzellen vorgeschlagen, in dem eine mechanische
Zerstörung von Zellenhililen herbeigeführt wird.
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Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die Wassersuspension
von Mikroorganismenzellen vorher mit komprimiertem Gas unter regelbarem Druck so
gesättigt wird, daß in einem Suspensionsvolumen mindestens ein Volumen von Gas sich
auflöst, hinterher wird die mit Gas gesättigte Suspension unter dem Sättigungsdruck
während einer Zeit gehalten, die für die Gewinnung von gleichmäßig mit Was in dem
gesamten Volumen gesättigter Suspension ausreichend ist, danach wird die auf diese
Weise vorbereitete Suspension kontinuierlich durch die Desintegrationsbaugruppe
durchgelassen, in der
beim Durchströmen der Susponsion durch einen
engen Drosselungsschlitz ein starkes Druckgefälle in Zellen geschaffen wird, deren
hüllen infolge des inneren Druckes zerstört werden.
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Die obengenannte technische Lösung ermöglicht es, den Prozeß des
Desintegration von Zellen dadurch wesentlich zu intensivieren, daß man eine vorherige
Sättigung der Zellen.
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suspension mit Gas unter Druck in einet Mischgefäß vorninmt.
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Gemäß einer der Varianten der Ausführung der Erfindung wurde eine
t:nla6re zur Verwirklichung des genannten Verfahrens vorgeschlagen, die dadurch
gekennzeichnet ist, daß sie sich aus zwei hintereinander gekoppelten dickwandigen
Druckbehältern, von denen einer ein Mischgefäß der Zellensuspension mit komprimierten
Gas und der andere ein Gefäß zum Äafbewahren der mit Gas gesättigten Suspension
darstellen, sowie aus einer Vorrichtung zusammensetzt, die mindestens eine Baugruppe
beinhaltet, die zwei zueinandergekehrte Ventilsitze und einen Mechanismus zum Annähern
dieser Sitze zum Zwecke der Bildung eines nachstellbaren Drosselung Schlitzes darstellt,
wobei einer der genannten Sitze stan"-dig abgefedert wird.
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Die obengenannte technische Lösung ermöglicht es, den Prozeß der
Desintegration von Zellen dadurch wesentlich zu intensivieren, daß das Mischgefäß
mit einem Füllstandsregler versehen wird, der ein Gaspolster über der Suspensionsmasse,
die gesättigt werden soll, schafft.
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Als Abwandlung der Erfindung ist die Anlage dadurch gekennzeichnet,
daß die Desintegrationsbaugruppe zwei flanschenartige Gehäuse beinhaltet, von denen
das eine mit einem tellerartigen Ventilsitz mit ringförmiger peripherischer Dichtung
ausgerüstet ist, und im anderen Gehäuse ein Ventilsitz mit mindestens einem ringförmigen
an seinem Rand scharfen Ansatz versehen ist, der sich an die Ränder des ersten erwähnten
Ventilsitzes abstützt, wobei das zweite flanschenartige Gehäuse einen federnden
Stoßdämpfer aufweist, und beide Gehäuse miteinander mittels einer Gewindespindel
nachstellbar verbunden sind.
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Die obengenannte technische Lösung ermöglicht es, den Prozeß der
Des integration von Zellen dadurch wesentlich zu intensivieren, daß das Mischgefäß
unmittelbar mit dem Gefäß zur Aufbewahrung der mit Gas gesättigten Suspension verbunden
ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist die Anlage
dadurch gekennzeichnet, daß sich die Vorrichtung für kontinuierliche Desintegration
aus mehreren konstruktionsmäßig identischen Baugruppen zusammensetzt.
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Die obengenannte technische Lösung ermöglicht es, den Prozeß der
Desintegration von Zellen dadurch wesentlich zu intensivieren, daß die Desintegrationsbaugruppe
zwei zueinander zugewandte Ventilsitze zwecks Bildung eines nachstellbaren
Drosselungschlitzes
zwischen ihren darstellt, wobei einer der Sitze ständig gefedert ist und die Baugruppe
mit einer Einrichtung zum Annähern dieser Sitze versehen ist.
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Gemäß einer weiteren Modifikation ist die Anlage dadurch gekennzoichnet,
daß das flanschenartige Gehäuse, das einen Stoßdämpfer aufweist, einige konzentrisch
liegende ringförmige Ansätze des Ventilsitzes und eine Bohrung im zentralen Teil
für die Abführung des integrierter Zellen hat, und das andere flanschenartige Gehäuse
einen Ventilsitz mit einer Vielzahl von radialen Kanälen für die Zuführung von Suspension
an die Zone zwischen den ringförmigen Ansätzen beinhaltet.
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Die obengenaiinte technische Lösung wird es ermöglichen, den Prozeß
der Desintegration von Zellen dadurch wesentlich zu intensivieren, daß die Desintegrationsbaugruppe
zwei flanschenartige Gehäuse aufweist, von denen eines mit einem Ventilsitz mit
einer Vielzahl von radialen Kanälen für die Zuführung von Suspension versehen ist,
und das andere einen Ventilsitz mit einer Anzahl von konzentrisch liegenden ringförmigen
Ansätzen, die an ihrem Rand scharf sind, sowie mit einer Bohrung im zentralen Teil
ausgerüstet ist; der zweite Ventilsitz stützt sich auf den ersten erwähnten Ventilsitz,
wobei beide Gehäuse miteinander mittels einer Gewindespindel nachstellbar verbunden
sind, und eines davon eine Bohrung im zentralen Teil aufweist.
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Als eine weitere Variante ist die
Anlage dadurch
gekennzeichnet, daß die Desintegrationsvorrichtung einen mechanischen Schwingungsrüttler
einschließt, der mit einem der flanschenartigen Gehäuse gekoppelt wird.
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Die obengenannte technische Lösung ermöglicht es, den Prozeß der
Des integration von Zellen dadurch wesentlich sil intensivieren, daß die Desintegrationsbaugruppe
mit dem mecha nischen Schwingungsrüttler ausgerüstet ist, der mit einem der flanschenartigen
Gehäuse gekoppelt ist.
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Und zuletzt ist gemäß noch einer weiteren Modifikation der Erfindung
die Anlage dadurch gekennzeichnet, daß das am Eingang der Desintegrationsvorrichtung
angeschlossene Mischgefäß der Suspension mit Gas mit einem Füllstandsrogler versehen
ist der den vorgegebenen Stand des Gaspolstcrs über der Suspensionsmasse, die zu
sättigen ist, aufrechtorhält.
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Die obengenannte technische Lösung ermöglicht es, den Prozeß der
Desintegration von Zellen dadurch wesentlich zu intensivieren, daß die Vorrichtung
für kontinuierliche Desinte gration mehrere konstruktionsmäßig identische Desintegrationsbaugruppen
enthält.
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Nachstehend wird das, Wesen der vorliegenden Erfindung anhand der
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und dcr beigefUgten Zeichnungen näher erläutert,
in denen es zeigen Pig. 1 das prinzipielle technologische Schema der erfindungsgemäßen
Anlage für kontinuierliche Desintegration vor Mikroorganismenzellen;
Fig.
2 die Desintegrationsbaugruppe der Anlage, die auf Fig. 1 abgebildet ist (Gesamtansicht
mit Teilschnitt).
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Das anmeldungsgemäße Verfahren zur kontinuierlichen Desintegration
von Mikroorganismenzellen vom Hefe-, Bakterien und Pilz typ mittels Drosselung der
wäßrigen Suspension von Mikroorganismenzellen, bei dem die Zellenhüllen machanisch
zerstört werden, besteht darin, daß die genannte wäßrige Suspension von Mikroorganismenzellen
vorher mit kom primiertem Ga8 unter einem regelbaren Druck so besättigt wird daß
sich in einer Volumeneinheit von Suspension mindestens eine Volumeneinheit von Gas
auflöst. Hinterher wird die mit Gas gesättigte Suspension unter dem Sättigungs4ruck
während einer Zeit gehalten, die für die Gewinnung von Suspension aur, reichend
ist, die in ihrem gesamten Volumen gleichmäßig mit Gas gesättigt ist. Die auf diese
Weise zubereitete Suspension wird durch die Des integrat ionsbaugruppe kontinuierlich
durch.
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gelassen, in der beim Durchströmen der Suspens.ion durch den engen
Drosselungsschlitz ein starkes Druckgefälle in Zellen geschaffen wird, deren Hülle
infolge des inneren Druckes zer stört wird.
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Die Anlage für die kontinuierliche Desintegration der Suspension
von Mikroorganismenzellen im genannten Verfahren ist in Form von zwei dictandigen
zylindrischen Gefäßen ausgeführt: einem Mischgefäß 1 (Fig. 1) und einem Homogenisierungsgefäß
2. An den oberen Teil des Mischgefässes 1 sind Kanäle für die Zuführung von Zellensuspension
mittels einer
Dosierungspumpe 3 angeschlossen, sowie für die Zuführung
von komprimiertem Gas, das durch eine Hochdruckleitung zuströmt, an der innerhalb
des Mischgefässes 1 ein Füllstandsregler 4 beispielsweise vom Schwimmertyp eingebaut
ist.
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Am unteren Teil des Mischgefässes 1 gibt es eine Ableitung zum unteren
Teil des Homogenisierungsgefässes 2, in dessen oberen Teil die Ableitung zur Desintegrationsvorrichtung
5 sich befindet, die in einen Sammelbehälter 6 eingeschlossen ist.
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In der allgemeinen Ausfühung weist die Desintegrations baugruppe
zwei flanschenartige Gehäuse, von denen eins mit einem tellerförmigen Ventilsitz
mit ringförmiger peripher scher Dichtung ausgerüstet ist, und in dem anderen Gehäuse
ein Ventilsitz mit mindestens einem ringförmigen scharfen Ansatz vorgesehen ist,
der sich auf die Ränder des ersten erwähnten Ventilsitzes stützt, wobei das zweite
flanschenartige Gehäuse einen federnden Stoßdämpfer enthält, und die beiden Gehäuse
mittels einer Gewindespindel nachstellbar miteinander gekoppelt sind.
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Im einzelnen setzt sich die Desintegrationsvorrichtung 5 (Fig. 2)
aus zwei flanschenartigen Gehäusen zusammen Aus dem oberen Gehäuse 7, das im oberen
Teil mit einem Rüttler 8,zum Beispiel vom Elektrovibratortyp,und ii unteren Teil
mit tellerartigem Sitz 9 mit einer Vielzahl von radialen Kanälen 10 ausgerüstet
ist, und aus dem unteren Gehäuse 11, das eine durchgehende Bohrung 12 im zentralen
Teil aufweist,
und mit einem ständig gefederten Sitz 13 ausgerüstet
ist, der sich auf einen Stoßdämpfer 14 mit doppeltem ringförmigem spitzwinkligem
Ansatz stützt und eine Bohrung 16 im zentralen Teil hat. Dabei werden die Gehäuse
mittels drei Stiftschrauben 17 verbunden, die mit Scheiben 18 und Nachstellmuttern
19 zentriert werden, die die Einrichtung zum Annähern der Sitze 9 und 13 bilden.
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Unter Zuhilfenahme der genannten Einrichtung zum Annähern der Sitze
(9 und 13), von denen einer abgefedert und mit dem Stoßdämpfer gekoppelt ist, kann
man die Größe des zwischen diesen Sitzen entstandenen Drosselungsschlitzes regeln.
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Die Erfindung sieht die Möglichkeit des aufeinanderfolgenden Anschlusses
mehrerer konstruktionsmäßig identischer Desintegrationsbaugruppen, wie oben bereits
beschrieben, vor.
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Die Funktionsweise, d.h. die kontinuierliche Desintegration der Suspension
von Mikroorganismenzellen ist wie folgt Durch eine Hochdruckleitung von einer Druckflasche
oder einem Kompressor wird komprimiertes Gas zugeführt und die Dosierungspumpe 3
angetrieben, die die kontinuierliche Zuführung von Zellensuspension dem Mischgefäß
1 und dem Homogenisierungsgefäß 2 ausführt. Sobald der Stand im Mischgefäß 1 ansteigt,
taucht der Schwimmer des Füllstandsreglers 4 auf und öffnet das Ventil für den Zutritt
des komprimierten Gases, das durch die Suspensionsschicht unter Druck strömt.
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Die mit Gas gesättigte Zellensuspension tritt kontinuierlich auch
weiterhin in d ie die Desintegrationsvorrichtung 5 ein, in der der Druck bis zum
Atmosphärendruck gesenkt wird, im
Sammelbehälter 6 gesammelt und
nach außen herausgeführt wird.
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Dabei tritt die Zollensuspension in den tellerförmigen Sitz 9 des
oberen Gehäuses 7 der Vorrichtung ein, strömt durch eine Vielzahl von radialen Kanälen
10 in den Luftspalt des doppelten ringförmigen Ansatzes 15 des unteren Ventilsitzes
13 durch und tritt nach außen und in das Innere der durchgehenden Bohrung 16 im
Sitz des zentralen Teils des Gehäuses ein, sammelt sich danach im Sammelbehälter
6 und wird herausgeführt.
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Im Betrieb wird der Druck der Des integration mittels Einstellmuttern
19 einreguliert. Gleichzeitig wird der Rüttler 8 zum Beispiel vom Elektrovibratortyp
eingeschaltet, der am oberen Teil 7 der Desintegrationsvorrichtung 5 montiert ist,
und der kontinuierlich oder diskontinuierlich bei Steigerung des Druckes nach Signalen
vom Elektrokontaktmanometer (wird nicht gezeigt) betrieben wird und der die Verschmutzung
der Desintegrationsvorrichtung 5 verhindert.
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Im weiteren arbeitet die Anlage kontinuierlich und automatisch und
gewährleistet die Des integration der Suspension von Mikroorganismenzellen in den
vorgegebenen Bereichen der Geschwindigkeit des Stromes und des Druckes während einer
längeren Zeit.
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Die Erfindung ist relativ einfach, zuverlässig, automatisch wirkend,
läßt sich leicht für die großtechnische Verwendung herrichten und realisiert eine
kontinuierliche und effektive Desintogration der Suspension von Mikroorganismenzellen.
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L e e r s e i t e