DE69400614T2

DE69400614T2 - Reaktor zur sterilen durchführung von gärungsverfahren für einen feststoff

Info

Publication number: DE69400614T2
Application number: DE69400614T
Authority: DE
Inventors: Sauveur Almanza; Alain Durand; Jacques Maratray; Andre Pelletier; Raoul Renaud
Original assignee: Institut National de la Recherche Agronomique INRA
Current assignee: Institut National de la Recherche Agronomique INRA
Priority date: 1993-02-10
Filing date: 1994-02-04
Publication date: 1997-05-15
Anticipated expiration: 2014-02-05
Also published as: DK0683815T3; EP0683815A1; FR2701487A1; ES2094052T3; WO1994018306A1; DE69400614D1; EP0683815B1; FR2701487B1; JPH08506485A; ATE143408T1

Description

Die Erfindung betrifft einen Reaktor zur sterilen Durchführung von Verfahren zur Fermentation eines Produkts in festem Zustand, von der Bauart, die folgendes aufweist: einen zylindrischen Behälter mit einer aus einem doppelten Mantel gebildeten Seitenwand; eine Tür zum dichten Verschließen der unteren Stirnseite des Behälters; einen an dem Boden des Behälters angeordneten Rost; einen oberhalb des Rosts gelegenen rotierenden Rührer; einen Kreis für die Zirkulation eines Gases durch den Behälter; und Systeme zur Überwachung und Regelung der Temperatur und des relativen Feuchtigkeitsgehaltes des in Kultur befindlichen Produkts.
Die Fermentation eines Produkts in festem Zustand kann allgemein als ein Verfahren zur Kultur von Mikroorganismen auf und im Inneren von festen Teilchen definiert werden, die pflanzlichen Ursprungs (beispielsweise Rübenmark, Bagasse, Stroh, Weizenkleie ...), mineralischen Ursprungs (Perlit, Vermiculit, Montmorillonit ...) oder synthetischen Ursprungs (Schwämme, Polymerschaum ...) sein können und die mit einem mehr oder weniger komplexen flüssigen Nährmedium getränkt sein können.
Verfahren zu Fermentation in festem Zustand werden schon seit sehr langer Zeit für verschiedene industrielle Anwendungen mit verschiedenen Mikroorganismen eingesetzt (beispielsweise Bakterien, Hefen, Pilze). Von diesen Anwendungen sind zu nennen: die Ernährung von Menschen und Tieren, die Proteinanreicherung von Unterprodukten der Nahrungsmittellandwirtschaft, die Erzeugung verschiedener Metaboliten (Lösungsmittel, organische Säuren, Antibiotika, pflanzliche Hormone ...) und die Erzeugung von Mikroorganismen, insbesondere von Fadenpilzen in Form von Myzel oder Sporen.
Ein Reaktor von der oben beschriebenen Bauart zur Durchführung von Verfahren zur Fermentation eines Produkts in festem Zustand ist insbesondere in der Schrift EP 0 145 536 beschrieben. Hierbei ist jedoch anzuführen, daß die obere Stirnseite des Behälters dieses Reaktors offen bleibt, daß die Belüftung des Behälters eine Zwangsbelüftung mit feuchter, ständig mit Wasser gesättigter Luft ist und daß das System zur Regelung des Feuchtigkeitsgehalts des Produkts während der Fermentation eine Zerstäubung von Wasser mit Hilfe von Düsen vornimmt, die mit einer über dem Behälter angeordneten Drehbrücke fest verbunden sind. Bei einem solchen System zur Regelung des Feuchtigkeitsgehalts muß das in Fermentation befindliche Produkt während des Besprühens mit Wasser notwendigerweise gerührt werden, was die Entwicklung mancher gegenüber Scherkräften empfindlicher Mikroorganismen beeinträchtigen kann. Schließlich wird die Zerstäubung von Wasser im Inneren des Behälters auch vorgenommen, um gleichzeitig die Temperaturregelung des in Kultur befindlichen Produkts zu gewährleisten.
Ein solcher Reaktor unterliegt also sowohl hinsichtlich seines Aufbaus als auch hinsichtlich des wenig ausgearbeiteten Systems zur Temperatur- und Feuchtigkeitsgehaltregelung Einschränkungen, wobei ein solches System jedoch für die gute Durchführung eines Fermentationsprozesses unter guten Bedingungen wesentlich ist. Ein solcher Reaktor hat also begrenzte Leistungsmöglichkeiten, die seine Anwendung beschränken.
Ziel der Erfindung ist es allgemein, einen Reaktor zur Durchführung von Fermentationsverfahren in festem Zustand zu schaffen, der die Einschränkungen des erwähnten Reaktors nicht aufweist, und der insbesondere die Durchführung von Fermentationsverfahren unter vollkommen sterilen Bedingungen gestattet, und zwar mit Systemen zur Überwachung und Regelung der die Temperatur und den relativen Feuchtigkeitsgehalt des Produkts betreffenden Parameter, in denen für jeden dieser Parameter speziell ausgelegte Vorrichtungen eingesetzt werden, um diese Parameter während des Fermentationsprozesses sehr genau zu überwachen, wobei diese Systeme automatisch oder manuell gesteuert werden können.
Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung einen Reaktor der obengenannten Bauart vor, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die oberer Stirnseite des Behälters durch einen Deckel dicht geschlossen ist, daß der Kreis für die Zirkulation des Gases im Behälter einen Eingangskreis, der an eine in der Tür des Behälters vorgesehene Öffnung angeschlossen ist, und einen Ausgangskreis aufweist, der an eine im Dekkel vorgesehene Öffnung angeschlossen ist, wobei der Eingangskreis mindestens eine kalte Batterie und eine heiße Batterie zum Kühlen und Erhitzen des von einer Verteilerquelle kommenden Gases und eine Befeuchtungskammer zum Beladen des Gases mit mehr oder weniger Feuchtigkeit aufweist, daß die Systeme zur Überwachung und Regelung der Temperatur und der relativen Feuchtigkeit des in Kultur begriffenen Produkts mindestens mehrere in Höhe des Behälters gelegene Temperaturfühler, einen Fühler für die relative Feuchtigkeit, der sich im Eingangskreis des Gasumlaufkreises befindet, und eine Recheneinrichtung zur Verarbeitung der von diesen Fühlern gelieferten Daten zur Steuerung der heißen Batterie, der kalten Batterie, der Befeuchtungskammer und/oder der Drehzahl des Rührers umfassen, und daß er ferner Vorrichtungen zur Sterilisierung des Behälters und des Gasumlaufkreises aufweist, so daß das Fermentationsverfahren unter vollkommen sterilen Bedingungen durchgeführt werden kann.
Gemäß einem anderen Merkmal des Behälters des Reaktors ist die Tür mit einem am Behälter befestigten Scharnier angelenkt und trägt den Rost über an der Innenseite der Tür befestigte Streben, wobei eine torusförmige Dichtung die Abdichtung der Tur in geschlossener Stellung gewährleistet.
Gemäß einem anderen Merkmal des erfindungsgemäßen Reaktors ist der Rührer mit einer Drehbewegung um eine erste vertikale Achse, die durch den Mittelpunkt des Behälters verläuft, und gleichzeitig mit einer Drehbewegung um sich selbst um eine zweite vertikale Achse angetrieben, die durch den Mittelpunkt des Rührers verläuft, der sich im wesentlichen in der Mitte zwischen der ersten vertikalen Achse und der Innenwand es Behälters befindet.
Gemäß einer Ausführungsform besteht der Rührer aus zwei miteinander verstrebten vertikalen Stangen, deren Abstand voneinander etwas kleiner als der Radius des Behälters ist und die an ihren Enden durch eine obere Verbindungsstange bzw. eine untere Verbindungsstange verbunden sind.
Die Drehbewegungen des Rührers sind durch ein Antriebsaggregat gewährleistet, dessen vertikale Ausgangswelle die erste Drehachse bildet, wobei diese erste Welle rotationsmäßig mit einem Planetengetriebesystem gekoppelt ist, das eine zweite drehbare vertikale Achse trägt, die die zweite Drehachse bildet und die rotationsmäßig mit dem Rührer fest verbunden ist, wobei die Bewegungsübertragung zwischen der ersten und der zweiten Welle mit einem zur ersten Welle koaxialen und mit dieser fest verbundenen Antriebszahnrad gewährleistet ist, das mit einem zur zweiten Welle koaxialen und mit dieser fest verbundenen Abtriebszahnrad kämmt.
Gemäß einem anderen Merkmal des erfindungsgemäßen Reaktors besteht einer der Temperaturfühler des Systems zur Überwachung und Regelung der Temperatur des in Kultur befindlichen Produkts aus einer beispielsweise durch eine Kolben- Zylinder-Einheit beweglichen Sonde zum Messen der Temperatur im Inneren des Produkts, wobei zwei weitere Fühler im oberen Teil bzw. im unteren Teil des Behälters angeordnet sind, um die Temperatur des Produkts an dessen Umfang zu messen, und ein letzter Fühler in Höhe der Tür des Behälters angeordnet sein kann, um die Temperatur der in den Behälter eingeleiteten Luft zu messen.
Gemäß einem anderen Merkmal des erfindungsgemäßen Reaktors findet die Überwachung der Temperatur des in Kultur befindlichen Produkts ausgehend von den von den genannten Temperaturfühlern gemessenen Werten und mindestens einer Solltemperatur statt und findet ihre Regelung derart statt, daß der Betrieb der heißen Batterie oder der kalten Batterie ausgelöst wird, um das Gas am Eingang des Behälters zu erhitzen oder zu kühlen, indem der Gasdurchsatz über den Massendurchflußmesser und/oder durch Steuerung der Drehzahl des Rührers geändert wird, wobei die kalte Batterie auch verwendet wird, um das Produkt am Ende der Fermentation zu trocknen, indem das durch die heiße Batterie erhitzte Gas getrocknet wird.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der doppelte Mantel des Behälters mit der Außenseite durch mindestens zwei Öffnungen in Verbindung, an die der Eingang bzw. Ausgang beispielsweise eines Wasserumwälzkreises angeschlossen ist, der mindestens einen Wärmetauscher, eine Umwälzpumpe und eine Meßkammer aufweist, in der ein Temperaturfühler sitzt, sowie einen Kreis zur Einstellung der Temperatur des Wassers auf einen Wert, der nahe bei dem für die Fermentation des Produkts gewünschten Wert liegt.
Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung kann die Überwachung des relativen Feuchtigkeitsgehalts des in Kultur befindlichen Produkts ausgehend von dem Wert stattfinden, der von dem Fühler für die relative Feuchtigkeit des Gases am Eingang des Behälters gemessen wird, und findet seine Regelung derart statt, daß auf den Befeuchtungskreis eingewirkt wird, um das Gas mit mehr oder weniger Feuchtigkeit zu beladen, in Abhängigkeit von der Temperatur des in diesem Kreis enthaltenen Wassers, die durch einen elektrischen Widerstand erhöht oder durch eine Kaltwasserumwälzung in einer in das Wasser des Befeuchtungskreises eingetauchten Schlange gesenkt werden kann.
Die Überwachung des relativen Feuchtigkeitsgehalts des Produkts kann allgemein und auf vorteilhafte Weise durch Erstellung einer Massenbilanz, die die Rechenschaltungen ausgehend von der Berechnung der von dem Gas mitgenommenen Wassermenge mit Hilfe der von den Fühlern für die Temperatur und die relative Feuchtigkeit sowie vom Massendurchflußmesser gelieferten Werte erstellen, durch eine kontinuierliche Analyse des Kohlendioxids am Ausgang des Reaktors und durch die Verfolgung der Masse des in Kultur befindlichen Produkts vorgenommen werden.
Gemäß einem anderen Merkmal des erfindungsgemäßen Reaktors umfassen die Vorrichtungen zur Sterilisierung des Behälters und aller Leitungen des Gasumlaufkreises mindestens ein Eingangsfilter, das am Ausgang der im Eingangskreis des Gasumlaufkreises vorgesehenen Gasabgabequelle angeordnet ist, ein Ausgangsfilter, das im Ausgangskreis des Gasumlaufkreises angeordnet ist, und einen im Eingangskreis des Gasumlaufkreises vorgesehenen Wasserdampfeinlaß.
Gemäß einem anderen Merkmal des erfindungsgemäßen Reaktors besitzt der Deckel des Behälters ferner eine Eingangsöffnung für das Produkt in das Innere des Behälters, die durch einen Verschlußstopfen verschließbar ist, der von einer Eintrittsleitung durchsetzt ist, durch die Lösungen eingeführt werden können, wobei die Leitung einer Sterilisierungsvorrichtung zugeordnet ist, die eine mit dem Eingang verbundene Leitung zum Einleiten des Wasserdampfes in die Eingangsleitung und eine Leitung zur Abführung dieses Dampfes aufweist, wobei in der Eingangsleitung ein Ventil angeordnet ist, um den Behälter von dieser Sterilisierungsvorrichtung zu trennen, die nach jeder Einführung einer Lösung in das Innere des Behälters verwendet wird.
Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung kann schließlich eine Sonde in das Innere des Behälters steril eingeführt werden, um eine Probe des in Kultur befindlichen Produkts zu entnehmen.
Der erfindungsgemäße Reaktor ist allgemein für die verschiedenen oben genannten Anwendungsbereiche der Fermentation in festem Zustand im Fall von nichtsterilen Verfahren verwendbar.
Die Tatsache, daß die Sterilität während des Fermentationsprozesses aufrechterhalten wird, besitzt jedoch Vorteile, von denen einige zu nennen sind:
- Anwendung der Fermentation in festem Zustand auf den Bereich der menschlichen Ernährung und der Pharmazie,
- die Verwendung von Mikroorganismen, die lange Kulturzeiten erfordern, von genetisch veränderten Mikroorganismen und von toxischen Mikroorganismen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden, als Beispiel dienenden Beschreibung, in der auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. In diesen zeigen:
Fig. 1 einen vertikalen Teilschnitt durch einen erfindungsgemäßen Reaktor,
Fig. 2 einen vereinfachten Schnitt durch eine Sonde zur Entnahme eines in Kultur befindlichen Produkts im Inneren des Reaktors,
Fig. 3 einen vereinfachten Schnitt durch eine im Inneren des Reaktors bewegliche Temperatursonde und
Fig. 4 eine schematische Darstellung aller Systeme zur Überwachung und Regelung der Temperatur und des relativen Feuchtigkeitsgehalts des in Kultur befindlichen Produkts, welche die Ausrüstung des Reaktors ergänzen, um Verfahren zur Fermentation in festem Zustand unter sterilen Bedingungen durchzuführen.
Der in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Reaktor besitzt einen Behälter 1 zylindrischer Form, der von mindestens zwei Füßen 2 getragen ist, die auf dem Boden ruhen oder mit einem auf dem Boden ruhenden Rahmen (nicht dargestellt) fest verbunden sind.
Die Seitenwand des Behälters 1 besteht aus einem doppelten Mantel 3, der sich im wesentlichen über die ganze Höhe des Behälters 1 erstreckt. Die Außenwand des doppelten Mantels 3 ist mit der Außenseite durch zwei Öffnungen 4 und 5 verbunden, an die der Eingang bzw. Ausgang eines Kreises zur Wasserumwälzung im Inneren des doppelten Mantels 3 angeschlossen ist, der im nachstehenden beschrieben wird, sowie durch eine dritte Öffnung 6 zum Anschluß eines Sicherheitsventils 7, das den Druck im Inneren des doppelten Mantels 3 überwacht. Eine seitliche Öffnung 8 durchquert die Wand des Behälters 1 für den Anschluß eines Sicherheitsventils 9, das den Druck im Inneren des Behälters 1 überwacht.
Der Behälter 1 ist in seinem unteren Teil durch eine Tür 10 und in seinem oberen Teil durch einen Deckel 11 dicht geschlossen. Die Tür 10 ist um ein an der Wand des Behälters 1 befestigtes Scharnier 12 verschwenkbar montiert. Eine torusförmige Dichtung 13 gewährleistet die Abdichtung, wenn die Tür 10 geschlossen und beispielsweise mit Spannschrauben 14 verriegelt ist. Der Deckel 11 besteht beispielsweise aus einer am oberen Teil des Behälters 1 angeschweißten Platte. Im unteren Teil des Behälters 1 ist ein Rost 15 vorgesehen, der von an der Innenseite der Tür 10 befestig ten Streben 15a getragen ist und der eine horizontale Stellung einnimmt, wenn die Tür 10 geschlossen ist. Im mittleren Bereich des Behälters 1 ist ein rotierender Rührer 17 vorgesehen, der mit einer Drehbewegung um eine erste vertikale Achse X-X, die durch den Mittelpunkt des Behälters 1 verläuft, und gleichzeitig mit einer Drehbewegung um sich selbst um eine zweite vertikale Achse Y-Y angetrieben ist, die durch den Mittelpunkt des Rührers 17 verläuft, der in der Mitte zwischen der vertikalen Achse X-X und der Innenwand des Behälters 1 gelegen ist. Im oberen Bereich des Behälters 1 ist schließlich ein Antriebsaggregat M vorgesehen, das zum rotierenden Antrieb des Rührers 17 um seine beiden Achsen X-X und Y-Y bestimmt ist. Der Rührer weist zwei vertikale Stangen 18 und 19 auf, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind, der etwas kleiner als der Innenradius des Behälters 1 ist. Die beiden Stangen 18 und 19 sind durch zwei horizontale Endstangen, einer oberen Endstange 20 und einer unteren Endstange 21, und durch geneigte Zwischenstreben 22 miteinander verbunden, die auf die Höhe des Rührers 17 verteilt sind. Alle Stangen des Rührers 17 bilden vorteilhafterweise Abstreifeinrichtungen.
Das Antriebsaggregat M besteht aus einem Motor 25, beispielsweise einem Elektromotor, der mit einer Untersetzungs- und Winkeltriebvorrichtung 26 gekoppelt ist, deren Ausgangswelle 28 sich vertikal erstreckt und rotationsmäßig mit einem mit dem Rührer 17 verbundenen Planetengetriebesystem 29 gekoppelt ist. Genauer gesagt sind der Motor 25 und die Vorrichtung 26 außerhalb des Behälters 1 angeordnet und sind von einer Platine 30 getragen, die mit Befestigungseinrichtungen 31 am Deckel 11 befestigt ist. Die Ausgangswelle 28, die die erste vertikale Drehachse X-X des Rührers 17 bildet, verläuft in einer durch den Mittelpunkt des Behälters 1 laufenden Achse. Die Welle 28 tritt in das Innere des Behälters 1 über eine zentrale Öffnung 32 des Deckels 11 ein. Das Planetengetriebesystem 29 besteht aus einem hohlen Gehäuse 33, das im oberen Teil des Behälters 1 untergebracht, auf die vertikale Achse X-X zentriert und durch an sich bekannte Einrichtungen 34 mit der Welle 28 rotationsmäßig fest verbunden ist. Das Gehäuse 33 trägt über an sich bekannte Einrichtungen 36 eine drehbare vertikale Welle 35. Diese Welle 35 bildet die zweite Drehachse Y-Y des Rührers 17 und steht aus dem Gehäuse 33 nach außen vor, um mit dem Rührer 17 durch an sich bekannte Einrichtungen 38 fest verbunden zu werden, die im mittleren Bereich der oberen Endstange 20 des Rührers 17 angeordnet sind. Die Bewegungsübertragung zwischen den beiden Wellen 28 und 35 wird durch ein zur Welle 28 koaxiales und mit dieser fest verbundenes Antriebszahnrad 28a gewährleistet, das mit einem zur Welle 35 koaxialen und mit dieser fest verbundenen Abtriebszahnrad 35a kämmt.
Die Ausrüstung des Behälters 1 wird durch eine Sonde 40 ergänzt, die die sterile Entnahme einer Probe des in Kultur befindlichen Produkts gestattet. Wie Fig. 2 zeigt, wird diese Sonde 40 von einer Stange 42 gebildet, die an einem Ende mit einem Aufnahmetopf 43 und am anderen Ende mit einem Flansch 44 endet. Diese Sonde 40 kann über eine auf halber Höhe des Behälters 1 gelegene seitliche Öffnung 45 und nach Durchquerung einer Kammer 46, die durch einen in die Öffnung 45 mündenden Kanal 47 verlängert wird, in das Innere des Behälters 1 eingeführt werden. Die Kammer 46 ist im Körper eines ersten Teils 48 gebildet, und der Kanal 47 ist im Körper eines zweiten Teils 49 gebildet, das am Behälter 1 um die Öffnung 45 herum befestigt ist. Das erste Teil 48 ist am zweiten Teil 49 mit einer Mutter 50 abnehmbar befestigt. Erste, durch einen Hebel 52a betätigte Absperreinrichtungen 51a sind im Inneren der Kammer 46 in Nähe ihres in den Kanal 47 mündenden Endes untergebracht, und zweite, durch einen Hebel 52b betätigte Absperreinrichtungen 51b sind im Inneren des Kanals 47 untergebracht. Beispielsweise kann jedes der Teile 48 und 49 aus einem Vierteldrehungsventil mit Kugelkücken bestehen, wobei dieses jeweils die genannte Absperreinrichtung 51a bzw. 51b bildet.
Der Deckel 11 des Behälters 1 (Fig. 1) weist eine Öffnung 55 auf, in die ein Verschlußstopfen 56 eingeschraubt ist, der von einer Eingangsleitung 57 für die Einleitung von Lösungen in den Behälter 1 durchsetzt ist.
Der Reaktor ist mit einem Kreis 60 zur Zirkulation eines Gases wie Luft im Behälter 1 ausgerüstet. Dieser Kreis 60, der in Fig. 4 schematisch dargestellt ist, teilt sich in einen stromaufwärts vom Behälter 1 gelegenen Eingangskreis 60a und einen stromabwärts vom Behälter 1 gelegenen Ausgangskreis 60b, in Strömungsrichtung der Luft gesehen.
Der Eingangskreis 60a weist eine Leitung c1 auf, deren eines Ende an den Ausgang einer Luftabgabequelle 61 angeschlossen ist, wobei ein Massendurchflußmesser 62 dazwischengeschaltet ist, um den in den Behälter 1 eingeleiteten Luftdurchsatz zu regeln und zu messen. Das andere Ende der Leitung c1 ist über ein Magnetventil v1 an eine heiße Battene 63 angeschlossen. Die heiße Batterie 63 weist mehrere Widerstände r auf, die mit einer Spannungsquelle (nicht dargestellt) verbunden sind und dazu bestimmt sind, die Luft zu erhitzen. Eine Leitung c2, die an einem Ende an den Ausgang der heißen Batterie 63 angeschlossen ist, durchquert eine kalte Batterie 64 und ist an ihrem anderen Ende an den Eingang einer Meßkammer CM1 angeschlossen. Eine Leitung c3, die an einem Ende an den Ausgang der Kammer CM1 angeschlossen ist, ist an ihrem anderen Ende über zwei Magnetventile v2 und v3 an einen Eingang des Behälters 1 angeschlossen. Dieser Eingang wird von einer zentralen Öffnung 65 (Fig. 1) gebildet, die in der Tür 10 vorgesehen ist. Ein Luftverteiler 66 ist an der Innenseite der Tür 10 angeschlossen, um eine Luftverteilung über die ganze Oberfläche des Rosts 15 zu gewährleisten.
Ein Kreis 68 zur Befeuchtung der Luft ist stromaufwärts von der heißen Batterie 63 angeordnet und weist eine geschlossene Kammer 69 auf. Eine Leitung c5 mündet an einem Ende im Boden der Kammer 69 aus und ist an ihrem anderen Ende an die erwähnte Leitung c1 an einem stromaufwärts vom Magnetventil v1 gelegenen Punkt und über ein Magnetventil v5 an eine biologische Membran angeschlossen. Die Kammer 69 wird mit sterilisiertem Wasser über einen Kreis 70 versorgt, der eine Einheit 71 aufweist, die beispielsweise aus einem Vorfilter, einem Enthärter und einem sterilisierenden Filter besteht. Eine Leitung c6 ist an einem Ende an den Ausgang der Einheit 71 angeschlossen, während ihr anderes Ende in das Innere der Kammer 69 mündet, und zwar über ein Magnetventil v6, das von einem Fühler 74 gesteuert ist, um im Inneren der Kammer 69 einen im wesentlichen konstanten Wasserstand aufrechtzuerhalten. Eine Leitung c7 ist an einem Ende an den Eingang der Einheit 71 und an ihrem anderen Ende an eine nicht steriles Wasser liefernde Quelle 72 angeschlossen. Schließlich ist in das in der Kammer 69 enthaltene sterile Wasser eine Schlange 75 eingetaucht, in der nichtsteriles Wasser umläuft, das der Quelle 72 über eine Leitung c8 und ein Magnetventil v8 entnommen wird. Das in der Schlange 75 umgewälzte Wasser ermöglicht eine Senkung der Temperatur des in der Kammer 69 enthaltenen sterilen Wassers, während ein im Boden dieser Kammer 69 angeordneter Widerstand R die Erhöhung dieser Temperatur gestattet.
Die kalte Batterie 64 besteht aus einer geschlossenen, U- förmigen Kammer 79, die beispielsweise einem Kreis 80 zur Umwälzung eines glykolhaltigen Wassers zugeordnet ist, das von einer Kältegruppe 81 kommt, die die Kammer 79 über ein motorbetriebenes Dreiwegeventil v10 versorgt. Eine Leitung c10 befördert das Wasser von einem Eingang der Kammer 79 über zwei Wege des Ventils v10 zu einem Eingang der Kammer 79. Eine Leitung c11 ist an einen Ausgang der Kammer 79 angeschlossen, um das Wasser zur Kältegruppe 81 zurückzuleiten, und eine Leitung c12 ist zwischen dem dritten Weg des Ventils v10 und der Leitung c11 angeschlossen, um die Kammer 79 kurzzuschließen.
Der Ausgangskreis 60b des Kreises 60 für die Luftzirkuiation im Behälter 1 besitzt eine Leitung c15, die an einem Ende an einer Öffnung 85 des Deckels 11 des Behälters 1 (Fig. 1) und am anderen Ende an den Eingang einer Meßkammer CM2 angeschlossen ist, deren Ausgang über eine Leitung c16 mit dem Eingang eines Kondensators c verbunden ist, dessen Ausgang über eine Leitung c17 mit dem Äußeren verbunden ist.
Wie Fig. 4 weiter zeigt, gewährleistet ein Kreis 90 eine Wasserumwälzung im Inneren des doppelten Mantels 3 des Behälters 1. Dieser Kreis 90 ist ein geschlossener Kreis, der einen Wärmetauscher 91 aufweist, der über eine Leitung c20 mit dem Eingang einer Meßkammer CM3 verbunden ist, deren Ausgang an die Eingangsöffnung 4 der doppelten Wand 3 und über eine Leitung c21, in die eine Umwälzpumpe P eingeschaltet ist, an die Austrittsöffnung 5 des doppelten Mantels 3 angeschlossen ist.
Der Reaktor ist mit einem System zur Überwachung und Regelung der Temperatur des in Kultur befindlichen Produkts ausgerüstet.
Diese Überwachung wird durch zwei Temperaturfühler, einen oberen Temperaturfühler 100 und einen unteren Temperaturfühler 101 gewährleistet (Fig. 1), die an der Seitenwand des Behälters 1 befestigt sind, um ständig die Temperatur am Umfang des Produkts zu messen, sowie durch einen Zwischentemperaturfühler 102, der im Inneren des Behälters beweglich ist, um ständig die Temperatur im Inneren des in Kultur befindlichen Produkts zu messen.
Wie nun insbesondere Fig. 3 zeigt, besteht der Zwischenfühler 102 aus einer Sonde, deren Ende 102a über eine seitliche Öffnung 104 in das Innere des Behälters 1 eintritt, nachdem es ein um die Öffnung 104 herum angebrachtes rohrförmiges Element 105 durchquert hat. Das andere Ende 102b der Sonde, das aus dem Element 105 nach außen vorsteht, ist mit Einrichtungen 106 am Ende einer Verbindungsstange 107 befestigt, deren anderes Ende am Ende einer Kolbenstange einer beispielsweise hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit 110 befestigt ist. Der Körper der Kolben-Zylinder-Einheit 110 erstreckt sich parallel zum rohrförmigen Element 105 und ist an diesem beispielsweise mit einer Gabel 110a befestigt. Die Betätigung der Kolben-Zylinder-Einheit 110 gestattet es, den Fühler 102 so zu bewegen, daß sein Ende 102a mindestens die Mitte des Behälters 1 erreichen kann.
Die Überwachung der Temperatur des in Kultur befindlichen Produkts kann auch über einen Fühler 115 vorgenommen werden, der an der Tür 10 des Behälters 1 befestigt ist (Fig. 1), um ständig die Temperatur der Luft am Eingang des Behälters 1 zu messen.
Die Temperaturfühler 100, 101, 102 und 115 sind mit einem zentralen Rechner 120 (Fig. 4) verbunden, der durch eine in einem Speicher gespeicherte Software gesteuert wird, um alle von diesen Fühlern gemessenen Werte in Abhängigkeit von vorbestimmten Soliwerten zu verarbeiten, so daß die Regelung der Temperatur des in Kultur befindlichen Produkts auf der Basis der von den Fühlern 100, 101 und 102 entnommenen Temperaturen des Produkts oder auf der Basis der Temperatur der Luft am Eingang des Behälters gewährleistet wird. Diese Regelung wird in beiden Fällen durchgeführt, indem auf die Temperatur der Luft am Eingang des Behälters 1 eingewirkt wird, und zwar durch
- Einschaltung eines oder mehrerer Widerstände r der heißen Batterie 63, um die Luft vor ihrem Eintritt in den Behälter 1 zu erwärmen,
- Steuerung des Magnetventils v10 der kalten Batterie 64, um das von der Kältegruppe 81 kommende Wasser im Inneren der Kammer 79 der Batterie umzuwälzen, um die Luft vor ihrem Eintritt in den Behälter 1 zu kühlen,
- Steuerung des Massendurchflußmessers 62, um den Luftdurchsatz im Kreis 60 für die Luftzirkulation durch den Behälter 1 zu erhöhen oder zu senken und/oder
- Betätigung des Antriebsaggregats M zur Auslösung von Drehzyklen des rotierenden Rührers 17 im Inneren des Behälters 1.
Im allgemeinen können diese Vorgänge zur Gewährleistung der Regelung der Temperatur des in Kultur begriffenen Produkts in der im Rechner 120 gespeicherten Software beispielsweise in Abhängigkeit von dem verwendeten Medium und dem verwendeten Mikroorganismus hierarchisiert werden. So kann der Bediener beispielsweise einer Erhöhung oder Senkung des Luftdurchsatzes Priorität geben, und, wenn dies nicht ausreicht, eine Einwirkung auf die kalte oder heiße Batterie auslösen und an letzter Stelle Drehzyklen des Rührers in Gang setzen.
Parallel hierzu wird die Temperatur des im doppelten Mantel 3 umlaufenden Wassers durch einen Temperaturfühler 116 überwacht, der in der Meßkammer CM3 des Wasserumwälzkreises 90 angeordnet ist und mit dem Rechner 120 verbunden ist. Die Regelung dieser Temperatur wird durch Einleitung von Dampf in das Innere des Wärmetauschers 91 über ein Magnetventil v12 vorgenommen, wenn man das Wasser erhitzen möchte, und durch Einleitung von Kaltwasser in die Leitung c21 über ein Magnetventil v13, wenn man das Wasser kühlen möchte. Die Temperatur des Wassers liegt im allgemeinen nahe bei der Temperatur, bei der die Kultur des Produkts im Inneren des Behälters 1 ablaufen soll.
Der Reaktor ist ferner mit einem System zur Überwachung und Regelung des relativen Feuchtigkeitsgehalts des in Kultur befindlichen Produkts im Inneren des Behälters 1 ausgerüstet. Dieses System weist insbesondere einen Fühler 125 auf, der in der Kammer CM1 des Eingangskreises 60a des Luftzirkulationskreises 60 montiert ist und auch mit dem Rechner 120 verbunden ist.
Der Feuchtigkeitsfühler 125 gestattet die Überwachung des Wassergehalts des in den Behälter 1 eingeleiteten Gases, und die Regelung des relativen Feuchtigkeitsgehalts des in Kultur befindlichen Produkts kann durch den Rechner 120 ausgehend von den vom Fühler 125 gelieferten Werten und einem Sollwert gesteuert werden, indem auf den Befeuchtungskreis 68 eingewirkt wird, um die Luft vor ihrem Eintritt in den Behälter 1 mit mehr oder weniger Feuchtigkeit zu beladen.
Vorteilhafterweise kann diese Regelung folgendermaßen durchgeführt werden:
- entweder durch Erstellung einer Massenbilanz, die der Rechner 120 ausgehend von der Berechnung der Wassermenge, die von der in dem Zirkulationskreis 60 umlaufenden Luft mitgenommen wird, mit Hilfe der von den Temperaturfühlern und den Fühlern für die relative Feuchtigkeit sowie von dem Durchsatzmesser 62 gelieferten Werten durchführt; durch eine kontinuierliche Analyse des Kohlendioxids am Ausgang des Reaktors und durch die Verfolgung der Masse des in Kultur befindlichen Produkts,
- oder durch die Einprogrammierung in den Rechner 120 eines in vorhergehenden Versuchen bestimmten Verlaufs der Sollwerte der Temperatur, der relativen Feuchtigkeit und des Luftdurchsatzes.
In allen Fällen wird die Regelung des Feuchtigkeitsgehalts durch den Rechner 120 gesteuert, und dieser gewährleistet
- entweder die Einschaltung des im Boden der Kammer 69 des Befeuchtungskreises 68 angeordneten Widerstands R, um das Wasser zu erhitzen,
- oder die Betätigung des Magnetventils v8, um eine Kaltwasserumwälzung in der in die Befeuchtungskammer 69 eingetauchten Schlange 75 herzustellen, um das Wasser zu kühlen, so daß sich die Luft in Abhängigkeit von der Temperatur des Wassers mit mehr oder weniger Feuchtigkeit belädt Aus Gründen der Vereinfachung wurden die einzelnen Verbindungen zwischen dem Rechner, den verschiedenen Fühlern und den Magnetventilen nicht detailliert dargestellt.
Es ist zu bemerken, daß in der Kammer CM2 des Ausgangskreises 60b des Luftzirkulationskreises 60 ein Temperaturfühler 127 und ein Druckfühler 128 angeordnet sind. Der Temperaturfühler 127 kann zur Überwachung der Temperatur des in Kultur befindlichen Produkts im Behälter 1 verwendet werden und der Druckfühler 128 gestattet die Überwachung des Drucks im Inneren des Behälters 1 und nötigenfalls die Auslösung eines Verfahrens zur Abschaltung des Reaktors. Diese Fühler 127 und 128 sind ebenfalls mit dem zentralen Rechner 120 verbunden.
Die Ausrüstung des Reaktors wird durch Sterilisierungsvorrichtungen ergänzt, so daß ein Verfahren zur Fermentation im festen Zustand unter vollkommen sterilen Bedingungen durchgeführt werden kann. Diese Vorrichtungen werden im nachstehenden beschrieben.
Ein Filter F1 ist in die Leitung c1 des Eingangskreises 60a des Luftzirkulationskreises 60 eingesetzt. Dieses Filter Fiist zwischen dem Durchflußmesser 62 und der heißen Batterie 63 mit zwei stromaufwärts und stromabwärts vom Filter F1 angeordneten Magnetventilen v30 und v31 angeordnet. Eine Austrittsleitung c32 verbindet das Filter F1 über ein Magnetventil v32 mit dem Äußeren.
Eine Zweigleitung c33, in die ein Magnetventil v33 eingesetzt ist, mündet an einem Ende zwischen dem Ventil v30 und dem Eingang des Filters F1 in die Leitung c1, und am anderen Ende mündet sie zwischen den beiden Ventilen v2 und v3 aus, die in der in der Tür 10 des Behälters 1 ausmündenden Leitung c3 angeordnet sind. Diese Zweigleitung c33 gestattet das Kurzschließen der heißen Batterie 63, der kalten Batterie 64 und des Befeuchtungskreises bei einem Sterilisierungsvorgang.
Ein Filter F2 ist in die Leitung c17 am Ausgang des Kondensators C des Ausgangskreises 60b des Luftzirkulationskreises 60 eingesetzt, wobei stromabwärts von dem Filter F2 ein Magnetventil v35 eingesetzt ist. Eine Austrittsleitung c36 verbindet das Filter F2 über ein Magnetventil v36 mit dem Äußeren.
Ein Wasserdampfeinlaß V1 mündet über ein Magnetventil v40 in die Leitung c3 des Eingangskreises 60a des Luftzirkulationskreises 60 zwischen den beiden Ventilen v2 und v3, um die Sterilisierung des Filters F1 über die Leitung c33, der Leitungen c1, c5 und c3 des Eingangskreises 60a (wobei das Ventil v30 geschlossen bleibt) , des Behälters 11 der Leitungen c15, c16 und c17 und des Filters F2 des Ausgangskreises 60b durchzuführen.
Ein Wasserdampfeinlaß V2 mündet über ein Magnetventil v42 in die Leitung c20 des Kreises 90 für die Wasserumwälzung im doppelten Mantel 3 des Behälters 1. Dieser Wasserdampfeinlaß findet zwischen der Kammer CM3 und einem in die Leitung c20 eingesetzten Magnetventil v43 statt. Eine Leitung c44 zur Abführung des Wasserdampfes nach Zirkulierung in dem doppelten Mantel 3 ist über ein Magnetventil v44 an die Leitung c21 angeschlossen, während ein Magnetventil v45 in der Leitung c21 zwischen der Anschlußstelle der Leitung c44 und der Umwälzpumpe P angeordnet ist.
Wie unter Bezugnahme auf die Fig. 1 beschrieben wurde, besitzt der Behälter 1 in seinem Deckel 11 eine Eintrittsleitung 57 zur Einführung der Lösungen in das Innere des Behälters. Diese Leitung 57 ist auch einem Eingangssterilisierungskreis 130 zugeordnet, der ein in die Leitung eingesetztes Magnetventil V50 und zwei Zweigkreise c51 und c52 aufweist. Der Zweigkreis c51 ist über ein Magnetventil v51 mit einem Wasserdampfeinlaß V3 verbunden, während die Zweigleitung c52 über ein Magnetventil v52 mit dem Äußeren in Verbindung ist.
Sterilisierungskreise sind auch an der Entnahmesonde 40 und an der Temperatursonde 102 vorgesehen.
Wie Fig. 2 zeigt, ist eine Eintrittsleitung c60 vorgesehen, die in die Kammer 46 mündet, sowie eine Austrittsleitung C61, die in den Kanal 47 mündet, wobei diese Leitungen zum Einleiten und zum Abführen des Wasserdampfes unter den im nachstehenden erläuterten Bedingungen verwendet werden.
Auf ähnliche Weise kann, wie Fig. 3 zeigt, die Leitung 105, die von der Sonde 102 durchsetzt ist, durch Einleiten von Dampf durch eine Eintrittsleitung c62 und Abführung über eine Austrittsleitung c63 sterilisiert werden, wobei diese beiden Leitungen in der Nähe der beiden Enden des rohrförmigen Elements 105 in dessen Inneres münden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Eingangskreises 60a des Luftzirkulationskreises 60, wie dieser in Fig. 4 dargestellt ist, befindet sich die kalte Batterie 64 in Strömungsrichtung der Luft hinter der heißen Batterie 63. Diese Anordnung gestattet eine bessere Regelung der Temperatur und der relativen Feuchtigkeit der Luft im Inneren des Behälters 1.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind der Behälter 1 und alle Kreise, Vorrichtungen und Systeme, mit denen er ausgerüstet ist, mit einem vertikalen Rahmen 5 fest verbunden, der in Fig. 4 schematisch mit Strichpunktlinien dargestellt ist. Dieser vertikale Rahmen 5 liegt vorteilhafterweise über mehrere Massenfühler 135 auf dem Boden auf, die die kontinuierliche Messung der Masse des in Kultur befindlichen Produkts gestatten, um die im vorstehenden erwähnte Massenbilanz für die Regelung des relativen Feuchtigkeitsgrades des in Kultur befindlichen Produkts zu erstellen.
Beispielsweise beträgt der Innendurchmesser des Behälters 1 360 mm und seine Seitenwand erstreckt sich über eine Höhe von etwa 850 mm, was ihm ein Fassungsvermögen von etwa 90 l verleiht. Der Motor 25 des Rührers 17 hat beispielsweise eine Leistung von 1 500 W und der Rührer 17 kann mit einer Geschwindigkeit von etwa 54 U/min um die Achse X-X und mit einer Geschwindigkeit von etwa 18 U/min um die Achse Y-Y in Drehung versetzt werden.
Nun wird die allgemeine Arbeitsweise des oben beschriebenen Reaktors anhand eines Kulturbeispiels beschrieben.
Ganz allgemein müssen vor dem Ablauf der eigentlichen Kultur in festem Medium eine gewisse Anzahl von Sequenzen eingehalten werden, damit diese Kultur unter vollkommen stenlen Bedingungen ablaufen kann.
Eine erste Sequenz besteht in einer sogenannten Leerstenlisierung des Behälters und seiner gesamten Ausrüstung.
Dieser Vorgang findet statt, indem Wasserdampf über den Einlaß V1 des Eingangskreises 60a des Luftzirkulationskreises 60 Wasserdampf eingeleitet wird. Das dem Einlaß V1 zugeordnete Ventil v40 ist also offen, die Ventile v2 und v3 der Leitung c3 sind geschlossen bzw. offen, das Ventil v33 der Zweigleitung c33 ist offen und die Ventile v1, v5 und v30 sind geschlossen (wobei das Ventil v31 offenbleibt) Unter diesen Umständen wird Wasserdampf über die Leitung c3 in das Innere des Behälters 1 eingeleitet, indem er in diesen über die in der Tür 10 vorgesehene Eintrittsöffnung 65 eindringt. Der Wasserdampf wird anschließend aus dem Behälter 1 über die Leitung c15 des Ausgangskreises 60b des Luftzirkulationskreises 60 abgeführt. Nach Austritt aus dem Behälter 1 durchquert der Wasserdampf die Meßkammer CM2, den Kondensator C und das Ausgangsfilter F2, bevor er über die Leitung c36 und das Ventil v36, das in geöffneter Stellung ist, nach außen abgeführt wird.
Der über den Einlaß V1 eingeleitete Wasserdampf strömt auch durch die Zweigleitung c33 des Eingangskreises 60a des Luftzirkulationskreises 60, um das Eingangsfilter F1 zu sterilisieren, bevor er über die Leitung c32 und das Ventil v32, das in geöffneter Stellung ist, nach außen abgeführt wird. Die Öffnung der Zweigleitung c33 und die Schließung des Ventils v31 am Ausgang des Eingangsfilters F1 und des Ventils v2 am Ausgang der Meßkammer CM1 gestatten die Kurzschließung der heißen Batterie 63, der kalten Batterie 64 und des Befeuchters 68. Dieser Teil des Eingangskreises 60a kann getrennt, beispielsweise beim Anfahren der Anlage, durch eine Formollösung sterilisiert werden. In der Folge wird dieser Teil ständig sterilisiert, da er durch das Eingangsfilter F1 sterilisierte Luft und sterilen Wasserdampf erhält, der vom Befeuchter 68 erzeugt wird.
Der in den Behälter 1 eingeleitete Wasserdampf tritt auch in das Innere der Eintrittsleitung 57 ein, die auf Höhe des Deckels 11 des Behälters 1 zur Einführung der Lösungen vorgesehen ist. Das Ventil v50 in dieser Leitung 57 sowie das Ventil v52 der Austrittsleitung c52 sind offen, während das Ventil v51 der Leitung c51 geschlossen ist. Auf diese Weise gestattet der in der Leitung 57 strömende Wasserdampf die Sterilisierung dieser Leitung, bevor er über die Leitung c52 abgeführt wird.
Der Kreis 90 für die Wasserumwälzung im Inneren des doppelten Mantels 3 der Seitenwand des Behälters wird schließlich durch Einleiten von Wasserdampf über den Eintritt V2 und das Ventil v42 in die Leitung c20 sterilisiert. Infolge der Schließung des in der Leitung c20 angeordneten Ventils v43 wird der Wasserdampf zur Meßkammer CM3 geleitet. Der Wasserdampf tritt in das Innere des doppelten Mantels 3 über den Eintritt 4 ein und tritt über den Austritt 5 des Behälters aus, der mit der Leitung c21 verbunden ist, bevor er über das offene Ventil v44 der Austrittsleitung c44 abgeführt wird, wobei die Ventile v13 und v45 geschlossen sind.
Dieser Sterilisierungsvorgang wird beispielsweise für eine Dauer von etwa 30 Minuten und bei einer Temperatur von etwa 120º durchgeführt.
Die folgende Sequenz dient zum Trocknen des Eingangsfilters F1 und des Ausgangsfilters F2. Zu diesem Zweck wird die Luftverteilerquelle 61 aktiviert, um in einem ersten Schritt das Eingangsfilter F1 zu trocknen. Die Luft tritt in die Leitung c1 ein, durchquert das offene Ventil v30, um in das Innere des Filters F1 einzutreten und über die Austrittsleitung c32 und das offene Ventil v32 auszutreten, während das Ventil v31 am Ausgang des Filters F1 geschlossen ist, was die Abtrennung des Filters F1 von dem übrigen Eingangskreis 60a des Luftzirkulationskreises 60 gestattet.
Anschließend wird das Ventil v32 geschlossen, und das Ventil v31 wird geöffnet, damit die Luft das Eingangsfilter F1 durchquert und bis zu dem im Ausgangskreis 60b des Luftzirkulationskreises 60 angeordneten Ausgangsfilter F2 gelangt. Und zwar wird die Luft nach Durchquerung des Filters F1 durch die Leitung c1 bis zur heißen Batterie 63 befördert (Ventil v1 offen und Ventile v5 und v7 geschlossen, um den Befeuchtungskreis 68 abzutrennen). Nach Durchquerung der heißen Batterie 63 strömt die Luft durch die Leitung c2 und durch die kalte Batterie 64 bis zur Meßkammer CM1. Die Luft wird anschließend durch die Leitung c3 zum Eingang des Behälters 1 geleitet (Ventile v2 und v3 offen und Ventile v40 geschlossen). Dann wird die Luft über die Leitung c15 aus dem Behälter 1 abgeführt und wird über die Meßkammer CM2 und den Kondensator C bis zum Eingang des Filters F2 geleitet, bevor sie über die Leitung c36 und das offene Ventil v36 abgeführt wird, wobei das Ventil v35 geschlossen bleibt.
Die Trocknung des Eingangsfilters F1 und des Ausgangsfilters F2 findet beispielsweise während einer Dauer von etwa Minuten statt.
Die weitere Arbeitsweise des Reaktors wird für den Fall der Herstellung von Sporen von "Trichoderma harzianum" beispielsweise auf Rübenmark, das das feste Medium bildet, beschrieben.
Dabei wird das trockene Rübenmark über die Eingangsöffnung 55 des Deckels 11 in den Behälter 1 eingebracht, wobei der Verschlußstopfen 56 dieser Öffnung abgenommen wurde. Anschließend gibt man einen mineralischen Zusatz in Form einer Lösung bei, die aus CaCl&sub2; (1 g/l), KH&sub2;PO&sub4; (1 p/l), (NH&sub4;)2SO&sub4; (3,25 g/l) und Harnstoff (0,75 g/l) besteht. Beispielsweise führt man in den Behälter 8 kg trockenes Rübenmark und 12 l mineralische Zusätze ein.
Nach Einführung des Kulturmediums in den Behälter 1 wird seine Sterilisierung vorgenommen. Dieser Arbeitsgang geht insgesamt unter denselben Bedingungen wie der oben beschriebene Leersterilisierungsvorgang vor sich. Dieser Arbeitsgang dauert beispielsweise etwa 30 Minuten und findet bei einer Temperatur von etwa 1200 unter permanentem Rühren des Mediums mit Hilfe des rotierenden Rührers 17 statt.
Nach Durchführung dieser Sterilisierung des Mediums nimmt man wieder eine Trocknung des Eingangsfilters F1 und des Ausgangsfilters F2 auf ähnliche Weise vor, wie sie oben beschrieben wurde.
Anschließend nimmt man eine schnelle Kühlung vor, um die Temperatur im Inneren des Behälters 1 zu senken. Dieser Kühlvorgang wird durchgeführt, indem der Kreis 90 betätigt wird, um im doppelten Mantel 3 einen Kaltwasserzwangsumlauf herzustellen, bis die Temperatur des Behälters 1 auf eine für die Fermentation festgelegte Solltemperatur gesenkt wurde. Zu diesem Zweck wird Kaltwasser über das Ventil v13 in die Leitung c21 eingeleitet, wobei die Ventile v43 und v45 offen sind, während das Ventil v44 geschlossen ist. Während dieses Kühlvorgangs ist der Rührer 17 in Betrieb, und man leitet ferner Luft in das Innere des Behälters 1, um die Entstehung eines Unterdrucks zu vermeiden. Anschließend nimmt man die Einimpfung einer aus einer konzentrierten Lösung von Sporen von "Trichoderma harzianum" hergestellten Fermentiersubstanz so vor, daß 210&sup7; Sporen/Gramm trockenes Rübenmark eingebracht werden. Diese Lösung, die in bekannten Verfahren hergestellt wurde, wird anschließend mit einem Volumen sterilen Wassers gemischt, um die gewünschte Konzentration in Abhängigkeit von der zuvor in den Behälter 1 eingebrachten trockenen Rübenmarkmasse zu erhalten. Der Impfstoff wird anschließend steril in das Innere des Behälters 1 über eine Leitung 57 eingeführt, die den Stopfen 56 des Deckels 11 des Behälters 1 durchquert. Nach der Beeimpfung wird das in der Eingangsleitung 57 angeordnete Ventil v50 geschlossen. Anschließend wird diese Leitung als Vorsichtsmaßnahme wieder sterilisiert, indem Wasserdampf über den Eingang V3 eingeführt und über die Leitung c52 abgeführt wird, wobei die Ventile v51 und v52 offen sind und das Ventil v50 geschlossen ist.
Es ist zu bemerken, daß der Rührer 17 bei der Einführung des Impfstoffes in den Behälter in Betrieb ist, um eine gute Verteilung des Mikroorganismus in der ganzen Masse des festen Mediums zu erhalten.
Die Kultur kann nun unter der Überwachung durch die Systeme zur Regelung der Temperatur und des relativen Feuchtigkeitsgehalts des in Kultur befindlichen Produkts beginnen, wobei diese Regelungen im Fall einer Fermentation in festem Medium von vorrangiger Bedeutung sind.
Allgemein ist durch die Temperaturfühler 100 und 101 zu jedem Zeitpunkt die Temperatur am Umfang der Masse des in Kultur befindlichen Produkts bekannt, während die Temperatursonde 102 Auskunft über die Temperatur im Inneren des Produkts liefern kann. Zu diesem Zweck wird die Kolben-Zylinder-Einheit 110 betätigt, was voraussetzt, daß der Rührer 17 sich nicht dreht. Der an der Tür 10 des Behälters 1 angeordnete Temperaturfühler 115 gestattet ebenfalls die Überwachung der Temperatur des Produkts, indem die Temperatur der in das Innere des Behälters 1 eingeleiteten Luft gemessen wird.
Die im Speicher des Rechners 120 gespeicherte Software kann die Steuerung der Regelung der Temperatur der Kultur unter Berücksichtigung der Daten vornehmen, die entweder von der Sonde 102, die die Temperatur im Inneren des Produkts mißt, oder von dem Fühler 115 erhalten werden, der die Temperatur der Luft am Eingang des Behälters 1 mißt. In beiden Fällen kann der Rechner 120 nach Verarbeitung dieser Daten auf folgende Organe einwirken:
- auf die heiße Batterie 63, um die Zahl der unter Spannung gesetzten elektrischen Widerstände r zu erhöhen oder zu senken, um die Temperatur der in den Behälter 1 ein geleiteten Luft zu erhöhen oder zu senken,
- auf die kalte Batterie 64, um die in das Innere des Behälters 1 eingeleitete Luft zu kühlen, indem das Magnetventil v10 betätigt wird,
- auf den Durchsatzmesser 62, um den Durchsatz der in das Innere des Behälters 1 eingeleiteten Luft zu erhöhen oder zu senken, und/oder
- auf das Antriebsaggregat M, um Rührzyklen des Rührers 17 in Gang zu setzen.
Wie bereits erwähnt wurde, können diese verschiedenen Einwirkungen hierarchisiert werden, indem man einer Erhöhung oder Senkung des Luftdurchsatzes die Priorität gibt, und dann, wenn dies nicht ausreicht, eine Einwirkung auf die kalte Batterie oder auf die heiße Batterie auslöst und an letzter Stelle Rührzyklen in Gang setzt.
Parallel hierzu nimmt man auch eine Regelung des Wassergehalts des Kulturmediums während der Fermentation vor, wobei diese Regelung vorteilhafterweise entweder durch Erstellung einer Massenbilanz während der ganzen Fermentation oder, wie oben erwähnt wurde, auf der Basis eines aufgrund vorhergehender Versuche einprogrammierten Verlaufs vorgenommen wird.
Allgemein findet diese Regelung statt, indem entweder auf den Heizwiderstand R des Befeuchtungskreises 68 eingewirkt wird oder indem die Öffnung des Ventils v8 des Kaltwasserumwälzkreises 70 in der in der Befeuchtungskammer 69 angeordneten Schlange 75 ausgelöst wird.
Während der Kultur des Produkts ist es möglich, von diesem über die Entnahmesonde 40 einen Teil zu entnehmen, wobei der Rührer 17 nicht in Betrieb ist. Zu diesem Zweck öffnet man die beiden Absperreinrichtungen 51a und 51a, so daß die Sonde 40 durch die Kammer 46 und den Kanal 47 eingeführt werden kann, bis der Flansch 44 der Stange 42 der Sonde 40 das offene Ende der Kammer 46 verschließt. Indem die Sonde in die Masse des Produkts eintritt, entnimmt sie mit dem Topf 43 einen Teil davon, und anschließend zieht man die Sonde 40 zurück, bis sie in das Innere der Kammer 46 gebracht wird. Anschließend schließt man die beiden Absperreinrichtungen 51a und 52a, indem man auf die beiden Hebel 51b und 52 b einwirkt. Dann trennt man die beiden Teile 48 und 49 mit Hilfe der Mutter 50 voneinander, so daß das entnommene Produkts im Inneren der Kammer 46 aufbewahrt und in einer sterilen Atmosphäre gehalten werden kann, bevor es untersucht wird.
Bei dem hier betrachteten Beispiel wird die Kultur während etwa 80 Stunden aufrechterhalten.
Nach Beendigung der Kultur kann das gesamte Kulturmedium direkt im Inneren des Behälters 1 durch eine Trockenluftzirkulation mit der gewünschten Temperatur getrocknet werden. Bei dem vorliegenden Beispiel wird die Kultur bei einer Temperatur von etwa 30ºC mit einer Luft getrocknet, die 10 % relative Feuchtigkeit nicht überschreitet, indem intermittierend jede Stunde 5 Minuten lang gerührt wird. Bei dem Trocknungsprozeß wird die sterile Luft direkt über die heiße Batterie 63 und die Kaltbattene 64 geleitet, ohne den Befeuchtungskreis 68 zu passieren.
Alle oben beschriebenen Sequenzen zur Lenkung eines Fermentationsprozesses in festem Zustand werden von dem Rechner 120 gesteuert, sie können jedoch auch vollständig oder nur zum Teil durch eine Bedienungsperson manuell gesteuert werden.
Allgemein ist eine Anzahl von Sicherungen vorgesehen, wie diejenigen, die durch die Ventile 7 und 9 gewährleistet werden, um jede ungewünschte Auslösung einer Sequenz während des Ablaufens einer anderen Sequenz zu vermeiden, wobei diese Sicherungen durch die Software des Rechners 120 verwaltet werden können.
Die Erfindung ist nicht auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Es ist auch möglich, den Behälter 1 mit einem beispielsweise verschwenkbaren Deckel 11 zu versehen und am Behälter 1 ein Fenster vorzusehen, um das in Kultur befindliche Produkt prüfen und ggf. den Ablauf des Fermentationsprozesses ändern zu können.

Claims

1. Reaktor zur sterilen Durchführung von Verfahren zur Fermentation eines Produkts im festen Zustand, von der Bauart, die folgendes aufweist: einen zylindrischen Behälter mit einer aus einem doppelten Mantel gebildeten Seitenwand; eine Tür zum dichten Verschließen der unteren Stirnseite des Behälters; einen an dem Boden des Behälters angeordneten Rost; einen oberhalb des Rosts gelegenen rotierenden Rührer; einen Kreis für die Zirkulation eines Gases durch den Behälter; und Systeme zur Überwachung und Regelung der Temperatur und des Feuchtigkeitsgehalts des in Kultur befindlichen Produkts,

dadurch gekennzeichnet,

daß die obere Stirnseite des Behälters (1) durch einen Deckel (11) dicht geschlossen ist,

daß der Kreis (60) für die Zirkulation des Gases durch den Behälter (1) einen Eingangskreis (60a), der an eine in der Tür (10) vorgesehene Öffnung (65) angeschlossen ist, und einen Ausgangskreis (60b) aufweist, der an eine im Deckel (11) vorgesehene Öffnung (85) angeschlossen ist, wobei der Eingangskreis (60a) in Reihe mindestens eine heiße Batterie (63) und eine kalte Batterie (64) zum Erhitzen oder Kühlen des von einer Verteilerquelle (61) kommenden Gases und einen Befeuchtungskreis (68) zum Beladen des Gases mit mehr oder weniger Feuchtigkeit aufweist,

daß die Systeme zur Überwachung und Regelung der Temperatur und der Feuchtigkeit des in Kultur begriffenen Produkts mindestens mehrere in Höhe des Behälters (1) gelegene Temperaturfühler (100, 101, 102), einen Temperaturfühler (115) und einen Fühler (125) für die relative Feuchtigkeit, die sich im Eingangskreis (60a) des Gasumlaufkreises (60) befinden, und eine Recheneinrichtung (120) zur Verarbeitung der von diesen Fühlern (100, 101, 102, 115, 125) gelieferten Daten und zur Steuerung der heißen Batterie (63), der kalten Batterie (64), des Befeuchtungskreises (68) und/oder der Drehzahl des Rührers (17) umfassen,

und daß er ferner Vorrichtungen zur Sterilisierung des Behälters (1) und der Gesamtheit von Leitungen des Gasumlaufkreises (60) aufweist, so daß das Fermentationsverfahren unter vollkommen sterilen Bedingungen durchgeführt werden kann.

2. Reaktor nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Tür (10) des Behälters (1) mit einem am Behälter (1) befestigten Scharnier (12) angelenkt ist, wobei diese Tür (10) den Rost (15) trägt,

und daß eine torusförmige Dichtung (13) die Abdichtung der Tür (10) in geschlossener Stellung gewährleistet.

3. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die Eintrittsöffnung (65) der Tür (10) ein Gasverteiler (66) angeschlossen ist, der das Gas über die gesamte Oberfläche des Rosts (15) verteilt.

4. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rührer (17) mit einer Drehbewegung um eine erste vertikale Achse (X-X), die durch den Mittelpunkt des Behälters (1) verläuft, und gleichzeitig mit einer Drehbewegung um sich selbst um eine zweite vertikale Achse (Y-Y) angetrieben ist, die durch den Mittelpunkt des Rührers (17) verläuft, der sich im wesentlichen in der Mitte zwischen der ersten vertikalen Achse (X-X) und der Innenwand des Behälters (1) befindet.

5. Reaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rührer (17) aus zwei miteinander verstrebten vertikalen stangen (18 und 19) besteht, deren Abstand voneinander etwas kleiner als der Radius des Behälters (1) ist und die an ihren Enden durch eine obere Verbindungsstange (20) bzw. eine untere Verbindungsstange (21) verbunden sind.

6. Reaktor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegungen des Rührers (17) durch ein Antriebsaggregat (M) gewährleistet sind, dessen vertikale Ausgangswelle (28) die erste Drehachse (X-X) bildet, wobei diese erste Welle (28) rotationsmäßig mit einem Planetengetriebesystem (29) gekoppelt ist, das eine zweite drehbare vertikale Welle (35) trägt, die die zweite Drehachse (Y-Y) bildet und die rotationsmäßig mit dem Rührer (17) fest verbunden ist, wobei die Bewegungsübertragung zwischen der ersten und der zweiten Welle (28 und 35) mit einem zur ersten Welle (28) koaxialen und mit dieser fest verbundenen Antriebszahnrad (28a) gewährleistet ist, das mit einem zur zweiten Welle (35) koaxialen und mit dieser fest verbundenen Abtriebszahnrad (35a) kämmt.

7. Reaktor nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Antriebsaggregat (M) von dem Deckel (11) des Behälters (1) und außerhalb von diesen getragen ist

und daß das Planetengetriebesystem (29) im oberen Teil des Behälters (1) untergebracht ist.

8. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das System zur überwachung der Temperatur des in Kultur begriffenen Produkts den Temperaturfühler (102) aufweist, der von einer beweglichen Sonde gebildet ist, die dazu bestimmt ist, die Temperatur im Inneren des Produkts zu messen.

9. Reaktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (102) mit der Kolbenstange einer außerhalb des Behälters (1) angebrachten Kolben-Zylinder- Einheit (110) fest verbunden ist.

10. Reaktor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (102) ein rohrförmiges Element (105) vollständig durchquert, das an der äußeren Seitenwand des Behälters (1) angebracht ist und von dem das eine Ende durch eine Öffnung (104) in das Innere des Behälter (1) mündet.

11. Reaktor nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das System zur Überwachung der Temperatur des in Kultur begriffenen Produkts ferner die Temperaturfühler (100 und 101) umfaßt, die im oberen Teil bzw. im unteren Teil des Behälters (1) angeordnet sind, um die Temperatur des Produkts an dessen Umfang zu messen.

12. Reaktor nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (115) von der Tür (10) des Behälters (1) getragen ist, um die Temperatur des am Eingang des Behälters (1) eingeleiteten Gases zu messen.

13. Reaktor nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das System zur Regelung der Temperatur des in Kultur begriffenen Produkts auf der Basis des Wertes der Temperatur des Gases am Eingang des Behälters (1) arbeitet, wobei das System die heiße Batterie (63), die kalte Batterie (64), den Rührer (17) und einen am Ausgang einer Quelle (61) zur Abgabe des Gases angeordneten Massendurchflußmesser (62) umfaßt, und daß die Regelung dieser Temperatur in der Weise vor sich geht, daß sie in Abhängigkeit von den von den Temperaturfühlern (100, 101, 102, 115) kontinuierlich gemessenen Werten und mindestens einer Solltemperatur selektiv auf die genannten Elemente des Systems einwirkt.

14. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das System zur Überwachung des relativen Feuchtigkeitsgehalts des in Kultur begriffenen Produkts den Feuchtigkeitsfühler (125) aufweist, der in einer Meßkammer (CM1) angeordnet ist, die sich in dem Eingangskreis (60a) des Gasumlaufkreises (60) befindet, um den relativen Feuchtigkeitsgehalt des Gases am Eingang des Behälters (1) zu messen.

15. Reaktor nach Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet,

daß das System zur Regelung des relativen Feuchtigkeitsgehalts des in Kultur begriffenen Produkts auf der Basis des Wertes des Feuchtigkeitsgehalts des am Eingang des Behälters (1) eingeleiteten Gases arbeitet, wobei das System den Befeuchtungskreis (68) zum Beladen des Gases mit mehr oder weniger Feuchtigkeit umfaßt,

und daß die Regelung dieses Feuchtigkeitsgehalts entweder von dem von diesem Fühler (125) gemessenen Wert und einem Sollwert oder von der Erstellung einer Massenbilanz ausgeht.

16. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der doppelte Mantel (3) des Behälters (1) mit der Außenseite durch mindestens zwei Öffnungen (4 und 5) in Verbindung ist, an die der Eingang bzw. Ausgang beispielsweise eines Wasserumwälzkreises (90) angeschlossen ist, der mindestens einen Wärmetauscher (91), eine Umwälzpumpe (P) und eine Meßkammer (CM3) aufweist, in der ein Temperaturfühler (92) sitzt.

17. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen zur Sterilisierung des Behälters (1) und aller Leitungen des Gasumlaufkreises (60) mindestens ein Eingangsfilter (F1), das am Ausgang der im Eingangskreis (60a) des Gasumlaufkreises (60) vorgesehenen Gasabgabequelle (61) angeordnet ist, ein Ausgangsfilter (F2), das im Ausgangskreis (60b) des Gasumlaufkreises (60) angeordnet ist, und einen im Eingangskreis (60a) des Gasumlaufkreises (60) vorgesehenen Wasserdampfeinlaß (V1) umfaßt.

18. Reaktor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zweigleitung (c33) mit eingesetztem Steuerventil (V33) stromaufwärts von dem Eingangsfilter (F1) und stromabwärts von der Meßkammer (CM1) angeschlossen ist, in der ein Fühler (125) zur Messung des relativen Feuchtigkeitsgehaltes des Gases vor seinem Eintritt in den Behälter (1) angeordnet ist.

19. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (11) des Behälters (1) ferner eine Eingangsöffnung (55) für das Produkt in das Innere des Behälters (1) besitzt, die durch einen Verschlußstopfen (56) verschließbar ist.

20. Reaktor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußstopfen (56) von einer Eintrittsleitung (57) durchsetzt ist, durch die Lösungen eingeführt werden können, wobei die Leitung (57) einer Sterilisierungsvorrichtung zugeordnet ist, die eine mit dem Eingang (V3) verbundene Leitung (C51) zum Einleiten des Wasserdampfes in die Eingangsleitung (57) und eine Leitung (C52) zur Abführung dieses Dampfes aufweist, wobei in der Eingangsleitung (57) ein Ventil (v50) angeordnet ist, um den Behälter (1) von dieser Sterilisierungsvorrichtung zu trennen, die nach jeder Einführung einer Lösung in das Innere des Behälters (1) verwendet wird.

21. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er außerdem eine Sonde (40) zur sterilen Entnahme eines Teils des in Kultur befindlichen Produkts besitzt.

22. Reaktor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (40) aus einer Stange (42) besteht, die an dem einen Ende in einem Aufnahmetopf (43) und an dem anderen Ende in einem Flansch (44) endet, wobei diese Sonde (40) eine Kammer (46) und einen Kanal (47) durchquert, die in zwei Teilen (48, 49) vorgesehen sind, wobei das eine Teil (49) an dem Behälter (1) befestigt ist und das andere Teil (48) mit einer Mutter (50) an dem einen Teil (49) abnehmbar befestigt ist.

23. Reaktor nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer (46) und in dem Kanal (47) Absperreinrichtungen (51a, 52a) vorgesehen sind.