zellgewinnung durch kontinuierliche flotation

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Synopse 1257 Zel Ige w i nnung durch kontinuie rl iche Flotation" Holger Viehweg und Karl Schugerl** Herrn Professor Dr. Dr. h. c. Ewald Wicke zum 70 Gebirrtstag Die Aufarbeitung biologischer Medien beeinflufit die Wirtschaftlich- keit biotechnologischer Verfahren erheblich. Die wirtschaftliche Ge- winnung der Zellen aus den Fermentationsmedien ist oft von groRer Bedeutung. Es sollte geklart werden, inwieweit sich die Hefe Hansenula poly- morphn (CBS 4732) durch Flotation in dem Schaum anreichern Iarjt. der von ihr wiihrend der Fermentation gebildet wird [l - 31. Dazu wurde der Mikroorganismus in einem synthetischen Medium unter verschiedenen Bedingungen und rnit unterschiedlichen Substraten kultiviert und anschlierjend in einer speziellen Apparatur flotiert. Es sollte aukrdem die Form der gunstigsten Flotationsapparatur be- stimmt werden. Zur Beurteilung der Trennung wurden die Zellkonzentrierung CJC, und die Zellanreicherung CdC, bestimmt. Hierbei bedeuten C,, C, und C, Zellmassenkonzentrationen in der Schaumflussigkeit, im Zulnuf und im Ablauf. Die Versuche zeigten, darj die Zellkonzentrierung nach Erreichen des stationlren Zustandes in der SBule von der Zelldichte im Zulauf abhlngt (Abb. 2). Keinen Einflun auf die Konzentrierung hatte dagegen der Typ des Satzreaktors, eine Phosphat- oder Sauerstoff- Limitierung, die Fermentationstemperatur, der Wechsel von pH 5.0 auf 5,5 sowie der Wechsel von Glucose zu Ethanol als Substrat. Dagegen zeigte sich unter Stickstoff-Limitierung und bei Methanol als Substrat eine wesentlich schlechtere Konzentrierung. Eine Ver- besserung der Zellkonzentrierung wurde bei der kontinuierlichen Fermentation der Zellen erreicht. Als giinstigste Form fur die Flota- tion erwies sich eine Apparatur mit grorjem Querschnitt in der Schaunishule und hoher Flussigkeitssiiule. Die kontinuierliche Zellflotation der Hefe Hansenula polymorpha ergab somit vor allem bei der kontinuierlichen Kultur sehr gunstige Konzentrierungswerte bei geringem apparativen und energetischen Abb. 1 (links). Kontinuierliche Flotationsanlage; I Magnetruhrer, 2 Zellsuspension, 3 Pumpe, 7 Schaumzerstorer, 8 Schaumflussigkeit. -@ 4 Zulauf, 5 Ablauf. 6 Thermostatisierung, 2000 1000 800 600 L 00 5 CR 100 80 60 Abb. 2 (rechts). Konzentrierung von Hansenula polymorpha bei der kontinuierlichen Flotation in Abhangigkeit der Zellmassenkonzentration im -@ Medium: x Nlhrmedium plus 44mg CaZ+/I, 2o 0 Kultur bei pH 5, 0 Ethanol als Substrat, Methanol als Substrat, A 02-Limitierung, ,o dem Schaum. sy 1m- c, - Lo A P-Limitierung. + N-Limitierung, 0 Lauge auf 0 2 g" 6 ~ Zur Fermentation wurden drei verschiedene Reaktoren verwendet, und zwar ein 20-l-Riihrkessel, eine 45-I-Blasensaule rnit Umlauf sowie ein kontinuierlicher 10-I-Fermenter. Die kontinuierliche Flo- tationsapparatur bestand aus einer Glassaule rnit 23 mm Innen- durchmesser, 49 cm begaster Hohe und 30 cm Schaumhohe (Abb. 1 ). Das Kulturmedium wurde zwischen begaster Saule und Schaumsau- le eingespeist. Das von den Zellen befreite Medium wurde uber einen speziellen Uberlauf abgezogen. Den Schaum fuhrte man vom Kopf der Saule einem Schaumzerstorer zu. Die Begasung der Saule erfolg- te uber eine Glasfritte rnit wasserdampfgesattigtem Stickstoff. * Vortrag von H. Viehweg aufder Sitzung des GVC-Fachausschus- ses ,,Bioverfahrenstechnik", 9./11. Mai 1983 in Wiirzburg. ** Dr. H. Viehweg, Henkel KGaA, Henkelstr. 67,4000 Diisseldorf, und Prof. Dr. K. Schiigerl, Institut fur Technische Chemie der Univ. Hannover, Callinstr. 3, 3000 Hannover 1. Aufwand. Diese Methode bietet sich somit als kostengunstige Alter- native zu den bisherigen Konzentrierungsmethoden wie Zentrifuga- tion, Flokkulation rnit Sedimentation oder Cross-flow-Membranfil- tration an. Eingegangen am 7. November 1983 [l] Eoyles, W. A,: Lincoln, R. E.: Appl. Microbiol.6(1958)S. 327. [2] Desmaison, G. L'.; Schiigerl, K.: Chem.-1ng.-Tech. 52 (1980) [3] Viehweg, H.: Dissertation, Univ. Hannover 1982. Schliisselworre: Zellgewinnung, Flotation, Biotechnologie, Schaum. S. 855. Chem.-1ng.-Tech. 56 (1984) Nr. 8 Verlag Chemie GmbH, D-6940 Weinheim 1984 0009-286Xj84/0808-0637$02.50/0 637

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Page 1: Zellgewinnung durch kontinuierliche Flotation

Synopse 1257

Zel Ige w i nnung du rc h kontinuie rl ic he Flotation"

Holger Viehweg und Karl Schugerl**

Herrn Professor Dr. Dr. h . c . Ewald Wicke zum 70 Gebirrtstag

Die Aufarbeitung biologischer Medien beeinflufit die Wirtschaftlich- keit biotechnologischer Verfahren erheblich. Die wirtschaftliche Ge- winnung der Zellen aus den Fermentationsmedien ist oft von groRer Bedeutung. Es sollte geklart werden, inwieweit sich die Hefe Hansenula poly- morphn (CBS 4732) durch Flotation in dem Schaum anreichern Iarjt. der von ihr wiihrend der Fermentation gebildet wird [l - 31. Dazu wurde der Mikroorganismus in einem synthetischen Medium unter verschiedenen Bedingungen und rnit unterschiedlichen Substraten kultiviert und anschlierjend in einer speziellen Apparatur flotiert. Es sollte aukrdem die Form der gunstigsten Flotationsapparatur be- stimmt werden.

Zur Beurteilung der Trennung wurden die Zellkonzentrierung CJC, und die Zellanreicherung CdC, bestimmt. Hierbei bedeuten C,, C, und C, Zellmassenkonzentrationen in der Schaumflussigkeit, im Zulnuf und im Ablauf. Die Versuche zeigten, darj die Zellkonzentrierung nach Erreichen des stationlren Zustandes in der SBule von der Zelldichte im Zulauf abhlngt (Abb. 2). Keinen Einflun auf die Konzentrierung hatte dagegen der Typ des Satzreaktors, eine Phosphat- oder Sauerstoff- Limitierung, die Fermentationstemperatur, der Wechsel von pH 5.0 auf 5,5 sowie der Wechsel von Glucose zu Ethanol als Substrat. Dagegen zeigte sich unter Stickstoff-Limitierung und bei Methanol als Substrat eine wesentlich schlechtere Konzentrierung. Eine Ver- besserung der Zellkonzentrierung wurde bei der kontinuierlichen Fermentation der Zellen erreicht. Als giinstigste Form fur die Flota- tion erwies sich eine Apparatur mit grorjem Querschnitt in der Schaunishule und hoher Flussigkeitssiiule. Die kontinuierliche Zellflotation der Hefe Hansenula polymorpha ergab somit vor allem bei der kontinuierlichen Kultur sehr gunstige Konzentrierungswerte bei geringem apparativen und energetischen

Abb. 1 (links). Kontinuierliche Flotationsanlage; I Magnetruhrer, 2 Zellsuspension, 3 Pumpe,

7 Schaumzerstorer, 8 Schaumflussigkeit. -@ 4 Zulauf, 5 Ablauf. 6 Thermostatisierung, 2000

1000 800

600

L 00

5 C R

100 80

60

Abb. 2 (rechts). Konzentrierung von Hansenula polymorpha bei der kontinuierlichen Flotation in Abhangigkeit der Zellmassenkonzentration im

-@ Medium: x Nlhrmedium plus 44mg CaZ+/I, 2o 0 Kultur bei pH 5 , 0 Ethanol als Substrat,

Methanol als Substrat, A 02-Limitierung, ,o

dem Schaum. sy 1m- c, -

Lo

A P-Limitierung. + N-Limitierung, 0 Lauge auf 0 2 g" 6

~

Zur Fermentation wurden drei verschiedene Reaktoren verwendet, und zwar ein 20-l-Riihrkessel, eine 45-I-Blasensaule rnit Umlauf sowie ein kontinuierlicher 10-I-Fermenter. Die kontinuierliche Flo- tationsapparatur bestand aus einer Glassaule rnit 23 mm Innen- durchmesser, 49 cm begaster Hohe und 30 cm Schaumhohe (Abb. 1 ). Das Kulturmedium wurde zwischen begaster Saule und Schaumsau- le eingespeist. Das von den Zellen befreite Medium wurde uber einen speziellen Uberlauf abgezogen. Den Schaum fuhrte man vom Kopf der Saule einem Schaumzerstorer zu. Die Begasung der Saule erfolg- te uber eine Glasfritte rnit wasserdampfgesattigtem Stickstoff.

* Vortrag von H . Viehweg aufder Sitzung des GVC-Fachausschus- ses ,,Bioverfahrenstechnik", 9./11. Mai 1983 in Wiirzburg.

** Dr. H . Viehweg, Henkel KGaA, Henkelstr. 67,4000 Diisseldorf, und Prof. Dr. K . Schiigerl, Institut fur Technische Chemie der Univ. Hannover, Callinstr. 3, 3000 Hannover 1.

Aufwand. Diese Methode bietet sich somit als kostengunstige Alter- native zu den bisherigen Konzentrierungsmethoden wie Zentrifuga- tion, Flokkulation rnit Sedimentation oder Cross-flow-Membranfil- tration an.

Eingegangen am 7. November 1983

[ l ] Eoyles, W . A , : Lincoln, R . E . : Appl. Microbiol.6(1958)S. 327. [2] Desmaison, G . L'.; Schiigerl, K . : Chem.-1ng.-Tech. 52 (1980)

[3] Viehweg, H . : Dissertation, Univ. Hannover 1982.

Schliisselworre: Zellgewinnung, Flotation, Biotechnologie, Schaum.

S. 855.

Chem.-1ng.-Tech. 56 (1984) Nr. 8 Verlag Chemie GmbH, D-6940 Weinheim 1984 0009-286Xj84/0808-0637$02.50/0

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