DE3752177T2

DE3752177T2 - Vorrichtung zur Kultivierung von Mikroorganismen

Info

Publication number: DE3752177T2
Application number: DE3752177T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiko Kintaka; Katsumitsu Kishimoto; Hiroyuki Yoshinaga
Original assignee: Takeda Chemical Industries Ltd
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1986-12-25
Filing date: 1987-12-17
Publication date: 1998-07-02
Anticipated expiration: 2007-12-18
Also published as: US6284499B1; CN1029322C; EP0273648A2; CN87108309A; EP0477997B1; DE3784677D1; IE873473L; EP0273648A3; EP0273648B1; ATE163969T1; DK173550B1; ES2039464T3; DK679087D0; DK679087A; ATE86666T1; IE59996B1; DE3784677T2; DE3752177D1; EP0477997A1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, die für ein Verfahren zum Kultivieren von Mikroorganismen geeignet ist.

Hintergrund der Erfindung

L-Sorbose ist eine natürlich vorkommende Ketohexose, die im Saft der Eberesche usw. enthalten ist und ist eine wichtige Substanz als Rohstoff bei der Vitamin C-Synthese. L-Sorbose wird durch Fermentation hergestellt, wobei D-Sorbit durch Mikroorganismen, zum Beispiel Bakterien der Gattung Gluconcbacter, oxidiert wird.
Gemäß einer herkömmlichen Herstellung von L-Sorbose durch Fermentation ist der Umsatz des Rohmaterials D-Sorbit zu L-Sorbose höchstens 93% und es werden beträchtliche Mengen Nebenprodukte wie etwa 5-Ketofructose, D-Fructose, 2-Ketogluconsäure usw. gebildet. Zum Verringern der Rohstoffkosten von Vitamin C ist es erforderlich, den Umsatz von D-Sorbit zu L-Sorbose über den bei einem herkömmlichen Verfahren zu erhöhen und die Bildung der vorstehenden Nebenprodukte auf so wenig wie möglich zu hemmen.
In der europäischen Patentanmeldung Nr. 233 050 (A2) wird offenbart, daß L-Sorbose aus D-Sorbit durch mikrobiologische Oxidation mittels eines Mikroorganismus, der der Gattung Gluconobacter angehört und dessen Fähigkeit, mit D-Sorbit als einziger Kohlenstoffquelle zu wachsen, verglichen mit der seiner Elternstämme, vermindert ist, in höherer Ausbeute hergestellt werden kann.
Wenn übrigens die D-Sorbitkonzentration in einem Kulturmedium während und nach der Wachstumsphase der Mikroorganismen mehr als etwa 5% übersteigt, werden sie wegen hoher Konzentrationen sowohl des Substrats (D-Sorbit) als auch des Produkts (L-Sorbose) gehemmt, was zu einer Verzögerung der oxidationsgeschwindigkeit führt. Dementsprechend ist es notwendig, die Konzentration von D-Sorbit unter etwa 5% einzuregeln. Wenn jedoch die Substratkonzentration als geschwindigkeitsbestimmender Schritt angenommen wird, besteht das Problem, daß sich die Bildung von Nebenprodukten (Fructose, 2-Ketogluconsäure usw.) erhöht.
Außerdem wird bei einem derartigen Herstellungsverfahren manchmal ein Sauerstoff in hoher Konzentration enthaltendes Kulturabgas durch einen Kompressor gewonnen, zur Ressourceneinsparung im Kreis geführt und in einer Kulturflüssigkeit wiederverwendet In diesem Fall reichert sich durch die Atmung der Mikroorganismen erzeugtes Kohlendioxidgas im Abgas an und wenn die Kohlendioxidgaskonzentration 10% übersteigt, werden die Wachstumsgeschwindigkeit der Mikroorganismen und die oxidationsgeschwindigkeit stark gehemmt. Dementsprechend wird in einem herkömmlichen Verfahren ein Kohlendioxidgas entfernendes Mittel durch Verwenden eines Adsorbens wie etwa Natriumhydroxid, Aktivkohle usw. eingesetzt. Wenn jedoch derartige Mittel eingesetzt werden, gibt es viele Probleme, wie etwa eine Zunahme der Herstellungskosten wegen der Notwendigkeit einer Adsorptionssäule, eines Adsorptionsmittels und dergleichen und der weiteren Notwendigkeit der Wartung derselben.
Das japanische Patent Kokoku Nr. 61-5709 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kultivieren von Mikroorganismen wie etwa Pilzen. In dieser Veröffentlichung wird ein mit Sauerstoff angereichertes Gas aus Luft durch Adsorbieren von Stickstoff aus dieser hergestellt und wird sowohl zum Regeln des Partialdrucks von Kohlendioxidgas in einem Kulturtank aus auch zum Regeln der Konzentration von gelöstem Sauerstoff in einer Kulturflüssigkeit verwendet.

Gegenstände der Erfindung

Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist das Verringern der Herstellungskosten von L-Sorbose durch Entfernen von Kohlendioxidgas in einem wiederzuverwendenden Kulturabgas ohne das Verwenden eines Adsorbens unter angemessenem Regeln des Kohlendioxidgas-Partialdrucks.
Gegenstand und Vorteil der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann aus der folgenden Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen offensichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Anfangskonzentration des eingesetzten D-Sorbits und einer spezifischen Wachstumsgeschwindigkeit veranschaulicht;
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der D-Sorbitkonzentration und der L-Sorboseproduktionrate veranschaulicht;
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Partialdruck von Kohlendioxidgas und einer spezifischen Wachstumsgeschwindigkeit;
Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Partialdruck von Kohlendioxidgas und der L-Sorboseproduktionrate veranschaulicht, und
Fig. 5 ist eine allgemeine Ansicht eines bevorzugten Beispiels einer Kultiviervorrichtung der vorliegenden Erfindung.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Kultivieren von Mikroorganismen, insbesondere den mit Befähigung zum Produzieren von L-Sorbose bereit, die
einen Kulturtank zum Kultivieren des Mikroorganismus, der mit einem Rührer, einer am unteren Teil des Tanks angeordneten Gaseinleitungsöffnung und einer am oberen Teil des Tanks angeordneten Abgasöffnung ausgestattet ist;
eine Substratzuführungsvorrichtung zum Hinzufügen eines Kultursubstrats zu dem Kulturtank;
eine Sauerstoffzuführungsvorrichtung, umfassend einen Vorratstank für flüssigen Sauerstoff und einen Verdampfer, um den Kulturtank mit einem Kulturabgas zu versorgen, das mit Sauerstoffgas angereichert wurde;
einen Detektor für die Konzentration an gelöstem Sauerstoff zum Nachweisen von gelöstem Sauerstoff in einer Kulturflüssigkeit in dem Kulturtank, um ein Signal für die Konzentration an gelöstem Sauerstoff auszugeben;
einen Regler für gelösten Sauerstoff zum Steuern der Zufuhr von gelöstem Sauerstoff durch Nachweisen des Signals für die Konzentration an gelöstem Sauerstoff;
eine Meßvorrichtung für Kohlendioxidgas zum Messen des Partialdrucks von Kohlendioxidgas in einem Kulturabgas, das aus dem Kulturtank einem Abgasrohr zugeführt wird;
eine Abgasablaßvorrichtung zum Ablassen eines Teils des Kulturabgases aus dem System durch Nachweisen des Partialdrucks des Kohlendioxidgases;
eine Leitung zum Zurückführen des übrigen Kulturabgases in die Gaseinleitungsöffnung des Kulturtanks; und
eine Luftversorgungsvorrichtung zum Versorgen des Kulturtanks mit Luft umfaßt.
Die L-Sorboseausbeute kann durch Verwenden der vorstehenden Vorrichtung im Vergleich mit einem herkömmlichen Verfahren verbessert werden. Das heißt, die auf D-Sorbit bezogene L-Sorboseausbeute ist bei einem herkömmlichen Verfahren nicht größer als 93%, wogegen die Ausbeute bei der vorliegenden Erfindung um 2 bis 3% mehr als die des herkömmlichen Verfahrens erhöht werden kann. Weiter kann die Produktion von Nebenprodukten wie etwa D- Fructose, 2-Ketogluconsäure, 5-Ketofructose und dergleichen auf ein Mindestmaß zurückgeführt werden. Weiter kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine hohe D-Sorbitkonzentration innerhalb eines kurzen Zeitraums zu L-Sorbose oxidiert werden und die Ausbeute je Ansatz kann verbessert werden, weil die D-Sorbitkonzentration in einem Kulturmedium während und nach der Wachstumsphase so gesteuert wird, daß sie 5% nicht übersteigt.
Weiterhin wird in der Kulturvorrichtung der vorliegenden Erfindung das Gas unter Vergrößern seiner wirtschaftlichen Vorteile zur Ressourceneinsparung wiederverwendet Weiter kann die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung vereinfacht werden und ist hinsichtlich ihrer Wartung von Vorteil, weil Kohlendioxidgas im Abgas verdünnt wird und ein Teil des Abgases aus dem System freigesetzt wird, anstatt wie in einer herkömmlichen Vorrichtung ein Adsorbens zu verwenden.
Durch die verschiedenen vorstehenden Vorteile kann L-Sorbose, deren Kosten einen sehr hohen Anteil der Rohstoffkosten bei der Vitamin C-Herstellung einnehmen, im Vergleich mit einem herkömmlichen Verfahren wirtschaftlich zugeführt werden und daher können die Herstellkosten von Vitamin C, das in der Medizin, in Nahrungsmitteln und dergleichen breite Verwendung findet, verringert werden.

Genaue Beschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Kultivieren von Mikroorganismen bereit, die zum Durchführen des vorstehend beschriebenen Verfahrens zum Herstellen von L-Sorbose geeignet ist.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Kultivieren eines Mikroorganismus bereit, die
einen Kulturtank zum Kultivieren des Mikroorganismus, der mit einem Rührer, einer am unteren Teil des Tanks angeordneten Gaseinleitungsöffnung und einer am oberen Teil des Tanks angeordneten Abgasöffnung ausgestattet ist;
eine Substratzuführungsvorrichtung zum Hinzufügen eines Kultursubstrats (D-Sorbit) zu dem Kulturtank;
eine Sauerstoffzuführungsvorrichtung, umfassend einen Vorratstank für flüssigen Sauerstoff und einen Verdampfer, um den Kulturtank mit einem Kulturabgas zu versorgen, das mit Sauerstoffgas angereichert wurde;
einen Detektor für die Konzentration an gelöstem Sauerstoff zum Nachweisen von gelöstem Sauerstoff in einer Kulturflüssigkeit in dem Kulturtank, um ein Signal für die Konzentration an gelöstem Sauerstoff auszugeben;
einen Regler für gelösten Sauerstoff zum Steuern der Zufuhr von gelöstem Sauerstoff durch Nachweisen des Signals für die Konzentration an gelöstem Sauerstoff;
eine Meßvorrichtung für Kohlendioxidgas zum Messen des Partialdrucks von Kohlendioxidgas in einem Kulturabgas, das aus dem Kulturtank einem Abgasrohr zugeführt wird;
eine Abgasablaßvorrichtung zum Ablassen eines Teils des Kulturabgases aus dem System durch Nachweisen des Partialdrucks des Kohlendioxidgases;
eine Leitung zum Zurückführen des übrigen Kulturabgases in die Gaseinleitungsöffnung des Kulturtanks; und
eine Luftversorgungsvorrichtung zum Versorgen des Kulturtanks mit Luft umfaßt.
In der Kultiviervorrichtung der vorliegenden Erfindung wird ein aus einer Galvani-Sauerstoffelektrode usw. bestehender Sensor für gelösten Sauerstoff als Nachweismittel für die Konzentration gelösten Sauerstoffs in der Kulturflüssigkeit eihes Kulturtanks verwendet und die Abweichung eines Luftstromventils oder eines Sauerstoffgasregelventils wird entsprechend dem Signal für die Konzentration des gelösten Sauerstoffs über die Kontrollvorrichtung für gelösten Sauerstoff gesteuert, die das Nachweissignal aus der Sonde für gelösten Sauerstoff empfängt. Die Konzentration des gelösten Sauerstoffs in einer Kulturflüssigkeit wird dadurch auf geeignete Verhältnisse, d. h. auf 0,7 ppm oder höher, vorzugsweise 1 bis 4 ppm, eingeregelt.
Weiter wird die Zufuhr des Kultursubstrats (D-Sorbit) zum Kulturtank durch sein kontinuierliches oder absatzweises Zufügen entsprechend der Sauerstoff zufuhrgeschwindigkeit zu dem Kulturtank während und nach der Wachstumsphase des Mikroorganismus durchgeführt, wobei verhindert wird, daß die D-Sorbitkonzentration in der Kulturflüssigkeit 5% übersteigt, so daß eine hohe D-Sorbitkonzentration innerhalb kurzer Zeit zu L-Sorbose oxidiert wird.
Weiter geht die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung dadurch sparsam mit Ressourcen um, daß Abgase mit erhöhtem Sauerstoffpartialdruck mit einem Kompressor unter Führen im Kreis und Wiederverwenden zurückgeführt werden. Zum Optimieren des Kohlendioxidgas-Partialdrucks in dem im Kreislauf befindlichen Abgas wird eine Vorrichtung zum Messen des Kohlendioxidgas-Partialdrucks wie etwa ein Infrarotanalysengerät oder dergleichen im Abgasweg vorgesehen. Entsprechend dem in der Meßvorrichtung gemessenen Kohlendioxidgas-Partialdruck wird die geeignete Abgasmenge durch Regeln der Abweichung eines im Weg vorgesehenen Luftablaßventils freigesetzt und dadurch der Kohlendioxidgas- Partialdruck in dem in den Kulturtank zurückgeführten Abgas auf einen geeigneten Wert (10% oder weniger) zurückgeführt. Auf diese Weise werden in der vorliegenden Erfindung die Vorrichtung und Wartung vereinfacht, indem man einen Teil des Abgases in die Atmosphäre freisetzt, statt ein Absorbens wie in einer herkömmlichen Vorrichtung zum Entfernen von Kohlendioxidgas zu verwenden.
Weiterhin wird zum Bestimmen des Sauerstoffverbrauchs in der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung der Sauerstoffgas-Partialdruck im Abgas mittels einer aus einem Zirconia-Analysengerät usw. bestehenden Meßvorrichtung für den Sauerstoffgas-Partialdruck gemessen, während der Sauerstoffpartialdruck am Einlaß zum Kulturtank aus sowohl der Strömungsgeschwindigkeit im Kreislauf als auch der Belüftungsgeschwindigkeit der Frischluft berechnet wird. Anschließend wird die Menge zu oxidierenden Substrats aus dem Sauerstoffverbrauch abgeschätzt.
Nun wird eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung unter Verwenden der anliegenden Fig. 5 veranschaulicht.
Fig. 5 zeigt eine allgemeine Ansicht eines bevorzugten Beispiels einer Kultiviervorrichtung der vorliegenden Erfindung.
Die Vorrichtung von Fig. 5 umfaßt einen Tank 1 zum Kultivieren eines Mikroorganismus, eine Substratzuführungsvorrichtung 2 zum Zusetzen eines Kultursubstrats (D-Sorbit) zu dem Kulturtank 1, eine Sauerstoffzuführungsvorrichtung 3 zum Zuführen von Sauerstoff, der mit Kulturabgas gemischt ist, eine Luftzuführungsvorrichtung 4 zum Versorgen des Kulturtanks 1 mit Luft, eine Gasablaßvorrichtung 5 zum Ablassen eines Teils des Abgases aus dem Kulturtank 1 in das System und einen Kompressor 6, um das Abgas im Kreis dem Kulturtank 1 zuzuführen.
Innerhalb des vorstehenden Kulturtanks 1 befindet sich ein Rührer 7, der von einem Motor angetrieben wird. Der Einlaß 8a eines Gaszuführungsrohrs 8 wird an den unteren Teil des Tanks angeschlossen und die Auslaßöffnung 9a des Gasauslaßrohrs 9 wird an den oberen Teil angeschlossen. Ferner wird eine Substratzuführungsvorrichtung 2 über eine Leitung 10 an den oberen Teil des Tanks angeschlossen.
Die Substratzuführungsvorrichtung 2 umfaßt einen Substrattank 11, ein Substratzuführungsventil 12 und eine Substratzuführungspumpe 13, so daß ein Kultursubstrat (D-Sorbit) aus dem Substrattank 11 dem Kulturtank 1 über das Substratzuführungsventil 12, die Substratzuführungspumpe 13 und die Leitung 10 zugeführt wird. Die Zufuhr von D-Sorbit wird durch kontinuierliches oder absatzweises Zufügen durchgeführt, wobei verhindert wird, daß die Konzentration von D-Sorbit in der Kulturflüssigkeit während und nach dem Wachstumszeitraum des Mikroorganismus in dem Kulturtank 1 etwa 5% übersteigt.
Der vorstehende Gaseinlaß 8 ist über eine Leitung 17 an die Sauerstoffzuführungsvorrichtung 3 angeschlossen, die einen Lagertank 14 für Flüssigsauerstoff, ein Notabschaltventil 15 und einen Verdampfer 16 umfaßt, und durch Verdampfen flüssigen Sauerstoffs mit dem Verdampfer 16 gebildetes Sauerstoffgas wird dem Kulturtank 1 unter Regeln der Zufuhr durch ein in der Leitung 17 angebrachtes Sauerstoffgas-Regelventil 18 zugeführt. In derselben Weise ist das Gaszufuhrrohr 8 über eine Leitung 20 an die Luftzufuhrvorrichtung 4 angeschlossen und durch ein in der Leitung 20 vorgesehenes Luftstromregelventil 21 wird dem Kulturtank 1 Luft zugeführt.
Das Sauerstoffgasregelventil 18 und das Strömungsregelventil 21, die die Sauerstoffgas- und Luftzufuhr regeln, werden durch die Regelvorrichtung 23 für gelösten Sauerstoff gesteuert, die von der in dem Kulturtank 1 angebrachten Nachweisvorrichtung 22 für gelösten Sauerstoff ein Nachweissignal erhält. Die Nachweisvorrichtung für gelösten Sauerstoff besteht zum Beispiel aus einer Galvani-Sauerstoffelektrode. Sie ermittelt die Konzentration der Kulturflüssigkeit in dem Kulturtank an gelöstem Sauerstoff unter Ausgeben eines Signais für die Konzentration des gelösten Sauerstoffs an die Kontrollvorrichtung 23 und die Abweichungen des Sauerstoffgasregelventils 18 und des Strömungsregelventils 21 werden durch die Regeleinheit 23, die das Signal erfaßt hat, ausgeglichen.
Dem Kulturtank 1 wird aus der Luftzuführungsvorrichtung 4 Luft zugeführt, so daß die Konzentration an gelöstem Sauerstoff bis zur Wachstumsphase des Mikroorganismus einen konstanten Wert annimmt. Während und nach der Wachstumsphase des Mikroorganismus wird die Luftzufuhr angehalten und dem Kulturtank 1 wird aus der Sauerstoffzuführungsvorrichtung 3 Sauerstoffgas zugeführt, um die Konzentration an gelöstem Sauerstoff auf 0,7 ppm oder höher, vorzugsweise 1 bis 4 ppm, einzuregeln.
Der vorstehende Abgasauslaß 9 ist über einen Feuchtigkeitsabscheider 24 und eine Leitung 25 mit der Gasablaßvorrichtung verbunden und ist ferner über eine Leitung 26 mit dem Kompressor 6 verbunden. Ein Meßgerät 27 für den Sauerstoffpartialdruck, das aus einer Zirconia-Analysenvorrichtung usw. besteht, und ein Meßgerät für den Kohlendioxidgas-Partialdruck wie etwa eine Infrarotabsorptionsanalysenvorrichtung usw. sind in der Leitung 25 vorgesehen. Der Partialdruck von Kohlendioxidgas in dem Abgas wird durch das Meßgerät 28 für den Partialdruck von Kohlendioxidgas ermittelt und ein Signal der Nachweisvorrichtung wird an eine Regeleinheit 29 für den Kohlendioxidgas-Partialdruck ausgegeben. Eine Abweichung des Luftablaßventils 30 der Gasablaßvorrichtung 5 wird durch die Regeleinheit 29 unter Entlassen eines Teils des Kulturabgases aus dem System ausgeglichen.
Zum anderen ist der Kompressor 6 über eine an einem Belüftungskreislaufventil 31 vorgesehene Kreisleitung 32 an das Gaszuführungsrohr 8 angeschlossen. Der Rest Abgasf der nicht aus der Gasablaßvorrichtung 5 entlassen wird, wird durch den Kompressor 6 unter Zurückkehren in den Kulturtank 1 über das Gaszuführungsrohr 8 im Kreis geführt, wobei die Durchflußgeschwindigkeit durch das Belüftungskreislaufventil 31 geregelt wird. Dieses Abgas wird im Kreis geführt und zusammen mit der Zufuhr reinen Sauerstoffs während und nach der Wachstumsphase des Mikroorganismus wiederverwendet. Das an Sauerstoff angereicherte Gas, das ein Gemisch aus Sauerstoffgas und dem Abgas ist, wird dadurch zu dem Kulturtank 1 im Kreis geführt.
Die Arbeitsweise der vorstehenden Vorrichtung wird wiederum hierin nachstehend veranschaulicht.
(a) Luft wird dem Kulturtank 1 aus der Luftzufuhrvorrichtung 4 zugeführt, wobei die Abweichung des Strömungsregelventils 21 so durch die Regeleinheit 23 für gelösten Sauerstoff ausgeglichen wird, daß die Konzentration der Kulturflüssigkeit in dem Kulturtank 1 an gelöstem Sauerstoff einen vorbestimmten konstanten Wert annimmt. Zum Beispiel an dem Zeitpunkt, an dem die Anfangskonzentration des eingesetzten Substrats 20% beträgt, wird dem Kulturtank 1 in der Weise Luft zugeführt, daß die Konzentration an gelöstem Sauerstoff 2 ppm wird.
(b) Die Zufuhr des Substrats aus dem Substrattank 11 zu dem Kulturtank 1 wird zu dem Zeitpunkt begonnen, wenn der 15% Oxidation der Substratkonzentration entsprechende Sauerstoffverbrauch durch das Meßgerät 27 für den Sauerstoffpartialdruck berechnet wird.
(c) Wenn die Strömungsgeschwindigkeit von Luft aus der Luftzuführungsvorrichtung 4 in den Kulturtank 1 ein Maximum erreicht und die Konzentration an gelöstem Sauerstoff nicht auf dem vorgeschriebenen Wert gehalten werden kann, wird das Sauerstoffgasregelventil 18 zur Versorgung des Kulturtanks 1 mit Sauerstoffgas durch die Regeleinheit 23 für gelösten Sauerstoff geöffnet.
(d) Unmittelbar nachdem die Regelung der Konzentration an gelöstem Sauerstoff durch Sauerstoffgas begonnen wurde, wird das Belüftungskreislaufventil 31 geöffnet und der Kompressor 6 wird angelassen, um das Abgas zu dem Kulturtank 1 im Kreis zu führen und das Strömungsregelventil 21 wird geschlossen. Danach wird die Konzentration an gelöstem Sauerstoff nur durch Sauerstoffgas aufrecht erhalten.
(e) Wenn der Abgaskreislauf begonnen wird, reichert sich Kohlendioxidgas in dem belüfteten Gas an. Dementsprechend wird der Partialdruck an Kohlendioxidgas im Abgas durch das Meßgerät 28 gemessen und anschließend wird das Luftablaßventil 30 durch die Regeleinheit 29 für den Kohlendioxidgas-Partialdruck unter Entlassen eines Teils des Abgases in die Atmosphäre und Aufrechterhalten des Kohlendioxidgas-Partialdrucks in dem belüfteten Gas unter einem konstanten Wert (10%) geöffnet.
(f) Wenn dem Kulturtank 1 die vorgeschriebene Substratmenge zugeführt worden ist, wird die Zufuhr unterbrochen.
(g) Wenn die Fermentation in dem Kulturtank 1 fortschreitet und das Ende erreicht, erniedrigt sich die erforderliche Sauerstoffmenge. Der Sauerstoffzustrom in den Kulturtank 1 wird entsprechend abgebrochen und der Kompressor wird angehalten. Weiter wird der Zustrom des Abgases in den Kulturtank 1 durch Schließen des Belüftungskreislaufventils 31 abgestellt und die Luftzufuhr aus der Luftzuführungsvorrichtung 4 wird wieder eröffnet.
(h) Die Konzentration an gelöstem Sauerstoff in dem Kulturtank 1 steigt durch die vorstehende Belüftung rasch und der Sauerstoffpartialdruck steigt ebenfalls an. Die Fermentation ist abgeschlossen, wenn der Sauerstoffpartialdruck im Abgas den vorgeschriebenen Wert (20%) erreicht.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen das Verfahren der vorliegenden Erfindung im einzelnen, sollten aber nicht als deren Umfang begrenzend aufgefaßt werden. In den folgenden Beispielen wurde die in Fig. 5 dargestellte Vorrichtung verwendet.

Beispiel 1

Gluconobacter suboxydans IFO 3254 wurde in 10 Liter eines 20% D- Sorbit, 0,2% Natriumglutamat, 0,018% Calciumcarbonat, 0,003% Nicotinamid, 0,003% Calciumpantothenat, 0,0001% Vitamin B&sub2;, 0,0001% p-Aminobenzoesäure, 0,047% Kaliumdihydrogenphosphat, 0,03% Hefeextrakt, 0,01% Magnesiumsulfat, 0,00015% Eisensulfat, 0,00001% Mangansulfat und 0,0005% Actocol enthaltenden Kulturmediums eingeimpft und 24 Stunden bei 30³C inkubiert. Dieses wurde zur Anzucht in 49 Liter eines 20% D-Sorbit, 0,06% Ammoniumacetat, 0,102% Natriumglutamat, 0,06% Calciumcarbonat, 0,006% Nicotinamid, 0,0005% Calciumpantothenat, 0,0002% Vitamin B&sub2;, 0,00002% p-Aminobenzoesäure, 0,04% Kaliumdihydrogenphosphat, 0,02% Magnesiumsulfat, 0,0003% Eisensulfat und 0,00002% Mangansulfat enthaltenden Kulturmediums eingeimpft.
Dieses wurde bei 30ºC inkubiert und nach dem Kultivierungsbeginn wurden die Belüftungsmenge aus der Luftzuführungsvorrichtung 4 und der Innendruck des Kulturtanks auf den Bereich von 0,1 bis 0,6 vvm beziehungsweise 0,1 bis 1,8 kg/cm²G eingeregelt, so daß die Konzentration an gelöstem Sauerstoff innerhalb des Bereichs von 2 5 ± 0,5 ppm aufrecht erhalten wurde. Nachdem der Maximalwert der Belüftung und des Innendrucks 0,6 vvm beziehungsweise 1,8 kg/cm²G erreicht hatten, wurde durch Verdampfen flüssigen Sauerstoffs in der Sauerstoff zuführungsvorrichtung 3 gebildetes Sauerstoffgas in den Gaseinlaß 8 eingeführt und anschließend so durch den Kulturtank 1 geblasen, daß die Konzentration an gelöstem Sauerstoff 2,5 ± 0,5 ppm wurde. Gleichzeitig wurde die Belüftung abgebrochen und der Kompressor 6 wurde zum Wiedergewinnen des Abgases in Betrieb genommen. Das Abgas wurde zu Kulturtank 1 im Kreis geführt. Danach wurde zum Verhindern einer Kohlendioxidgasanreicherung ein Teil der sich im Kreislauf befindenden Luft (0,03 vvm) durch die Abgasablaßvorrichtung 5 in die Atmosphäre entlassen. Die Konzentration an gelöstem Sauerstoff wurde durch Einblasen von Sauerstoffgas aufrecht erhalten. Die Luftmenge, die zum Aufrechterhalten des Innendrucks nicht ausreichte, wurde durch Abluft zugeführt.
Zum anderen wurde die Zugabe von D-Sorbit, der im Verlauf der Kultivierung oxidiert wurde, über die Substratzuführung 2 zu dem Kulturtank 1 zu dem Zeitpunkt begonnen, als dessen Konzentration in der Kulturflüssigkeit 5% wurde, und das Kultivieren wurde unter insgesamt 20 Stunden Zusatz von 51 Liter einer wäßrigen 60 Gew./Gew.-% D-Sorbitlösung durchgeführt.
Das zuvor angegebene Kultivieren ermöglichte das Durchführen des Kultivierens mit einer Konzentration des zugesetzten D-Sorbits - von 50 Gew./Vol.-% je Ansatz in 20 Stunden und L-Sorbose reicherte sich in einer Ausbeute. von 95% bezogen auf D-Sorbit an.

Beispiel 2

Gluconobacter suboxydans IFO 3254 wurde in 10 Liter eines 20% D- Sorbit, 0,2% Natriumglutamat, 0,018% Calciumcarbonat, 0,003% Nicotinamid, 0,003% Calciumpantothenat, 0,0001% Vitamin B&sub2;, 0,0001% p-Aminobenzoesäure, 0,047% Kaliumdihydrogenphosphat, 0,03% Hefeextrakt, 0,01% Magnesiumsulfat, 0,00015% Eisensulfat, 0,00001% Mangansulfat und 0,0005% Actocol enthaltenden Kulturmediums eingeimpft und 24 Stunden bei 30ºC inkubiert. Dieses wurde zur Anzucht in 54 Liter eines 25% D-Sorbit, 0,08% Ammoniumacetat, 0,067% Alanin, 0,06% Calciumcarbonat, 0,006% Nicotinamid, 0,0005% Calciumpantothenat, 0,0002% Vitamin B&sub2;, 0,00002% p-Aminobenzoesäure, 0,04% Kaliumdihydrogenphosphat, 0,02% Magnesiumsulfat, 0,0003% Eisensulfat und 0,00002% Mangansulfat enthaltenden Kulturmediums eingeimpft.
Dieses wurde bei 30ºC inkubiert und nach dem Kultivierungsbeginn wurden die Belüftungsmenge aus der Luftzuführungsvorrichtung 4 und der Innendruck des Kulturtanks auf den Bereich von 0,1 bis 0,6 vvm beziehungsweise 0,1 bis 1,8 kg/cm²G eingeregelt, so daß die Konzentration an gelöstem Sauerstoff 2,5 ± 0,5 ppm wurde. Nachdem der Maximalwert der Belüftung und des Innendrucks 0,6 vvm beziehungsweise 1,8 kg/cm²G erreicht hatten, wurde durch Verdampfen flüssigen Sauerstoffs in der Sauerstoffzuführungsvorrichtung 3 gebildetes Sauerstoffgas in den Gaseinlaß 8 eingeführt und anschließend so durch den Kulturtank 1 geblasen, daß die Konzentration an gelöstem Sauerstoff 2,5 ± 0,5 ppm erreichte. Gleichzeitig wurde die Belüftung abgebrochen und der Kompressor 6 wurde zum Wiedergewinnen des Abgases in Betrieb genommen. Das Abgas wurde zu Kulturtank 1 im Kreis geführt. Danach wurde zum Verhindern einer Kohlendioxidgasanreicherung ein Teil der sich im Kreislauf befindenden Luft (0,03 vvm) durch die Abgasablaßvorrichtung 5 in die Atmosphäre entlassen. Die Konzentration an gelöstem Sauerstoff wurde durch Einblasen von Sauerstoffgas aufrecht erhalten. Die Luftmenge, die zum Aufrechterhalten des Innendrucks nicht ausreichte, wurde durch Abluft zugeführt.
Zum anderen wurde die Zugabe von D-Sorbit, der im Verlauf der Kultivierung oxidiert wurde, über die Substratzuführung 2 zu dem Kulturtank 1 zu dem Zeitpunkt begonnen, als dessen Konzentration in der Kulturflüssigkeit 5% wurde, und das Kultivieren wurde unter insgesamt 20 Stunden Zusatz von 51 Liter einer wäßrigen 60 Gew./Gew.-% D-Sorbitlösung durchgeführt.
Das zuvor angegebene Kultivieren ermöglichte das Durchführen des Kultivierens mit einer Konzentration des zugesetzten D-Sorbits von 50 Gew./Vol.-% je Ansatz in 20 Stunden und L-Sorbose reicherte sich in einer Ausbeute von 95% bezogen auf D-Sorbit an.

Beispiel 3

Gluconobacter suboxydans BL-9 (IFO 14489, FERM BP-1241) wurde in 10 Liter eines 20% D-Sorbit, 0,3% Glycerin, 0,2% Natriumglutamat, 0,018% Calciumcarbonat, 0,003% Nicotinamid, 0,003% Calciumpantothenat, 0,0001% Vitamin B&sub2;, 0,0001% p-Aminobenzoesäure, 0,047% Kaliumdihydrogenphosphat, 0,01% Magnesiumsulfat, 0,90015% Eisensulfat, 0,00001% Mangansulfat und 0,0005% Actocol enthaltenden Kulturmediums eingeimpft und 24 Stunden bei 30ºC inkubiert. Dieses wurde zur Anzucht in 49 Liter eines 20% D-Sorbit, -0,05% Glutaminsäure, 0,06% Ammoniumacetat, 0,102% Natriumglutamat, 0,06% Calciumcarbonat, 0,006% Nicotinamid, 0,0005% Calciumpantothenat, 0,0002% Vitamin B&sub2;, 0,00002% p-Aminobenzoesäure, 0,04% Kaliumdihydrogenphosphat, 0,02% Magnesiumsulfat, 0,0003% Eisensulfat und 0,00002% Mangansulfat enthaltendep Kulturmediums einge impft.
Dieses wurde bei 30ºC inkubiert und nach dem Kultivierungsbeginn wurden die Belüftungsmenge aus der Luftzuführungsvorrichtung 4 und der Innendruck des Kulturtanks auf den Bereich von 0,1 bis 0,6 vvm beziehungsweise 0,1 bis 1,8 kg/cm²G eingeregelt, so daß die Konzentration an gelöstem Sauerstoff innerhalb des Bereichs von 2,5 ± 0,5 ppm aufrecht erhalten wurde. Nachdem der Maximalwert der Belüftung und des Innendrucks 0,6 vvm beziehungsweise 1,8 kg/cm²G erreicht hatten, wurde durch Verdampfen flüssigen Sauerstoffs in der Sauerstoffzuführungsvorrichtung 3 gebildetes Sauerstoffgas in den Gaseinlaß 8 eingeführt und anschließend so durch den Kulturtank 1 geblasen, daß die Konzentration an gelöstem Sauerstoff 2,5 ± 0,5 ppm wurde. Gleichzeitig wurde die Belüftung abgebrochen und der Kompressor 6 wurde zum Wiedergewinnen des Abgases in Betrieb genommen. Das Abgas wurde zu Kulturtank 1 im Kreis geführt. Danach wurde zum Verhindern einer Kohlendioxidgasanreicherung ein Teil der sich im Kreislauf befindenden Luft (0,03 vvm) durch die Abgasablaßvorrichtung 5 in die Atmosphäre entlassen. Die Konzentration an gelöstem Sauerstoff wurde durch Einblasen von Sauerstoffgas aufrecht erhalten. Die Luftmenge, die zum Aufrechterhalten des Innendrucks nicht ausreichte, wurde durch Abluft zugeführt.
Zum anderen wurde die Zugabe von D-Sorbit, der im Verlauf der Kultivierung oxidiert wurde, über die Substratzuführung 2 zu dem Kulturtank 1 zu dem Zeitpunkt begonnen, als dessen Konzentration in der Kulturflüssigkeit 5% wurde&sub1; und das Kultivieren wurde unter insgesamt 20 Stunden Zusatz von 51 Liter einer wäßrigen 60 Gew./Gew.-% D-Sorbitlösung durchgeführt.
Das zuvor angegebene Kultivieren ermöglichte das Durchführen des Kultivierens mit einer Konzentration des zugesetzten D-Sorbits von 50 Gew./Vol.-% je Ansatz in 20 Stunden und L-Sorbose reicherte sich in einer Ausbeute von 97,5% bezogen auf D-Sorbit an.

BeisPiel 4

Gluconobacter suboxydans BL-115 (IFO 14490, FERM BP-1240) wurde in 10 Liter eines 20% D-Sorbit, 0,3% Glycerin, 0,2% Natriumglutamat, 0,018% Calciumcarbonat, 0,003% Nicotinamid, 0,003% Calciumpantothenat, 0,0001% Vitamin B&sub2;, 010001% p-Aminobenzoesäure, 0,047% Kaliumdihydrogenphosphat, 0,01% Magnesiumsulfat, 0,00015% Eisensulfat, 0,00001% Mangansulfat und 0,0005% Actocol enthaltenden Kulturmediums eingeimpft und 24 Stunden bei 30ºC inkubiert. Dieses wurde zur Anzucht in 54 Liter eines 25% D-Sorbit, 0,05% Glycerin, 0,08% Ammoniumacetat, 0,067% Alanin, 0,06% Calciumcarbonat, 0,006% Nicotinamid, 0,0005% Calciumpantothenat, 0,0002% Vitamin B&sub2;, 0,00002% p-Aminobenzoesäure, 0,04% Kaliumdihydrogenphosphat, 0,02% Magnesiumsulfat, 0,0003% Eisensulfat und 0,00002% Mangansulfat enthaltenden Kulturmediums eingeimpft.
Diese wurde bei 30ºC inkubiert und nach dem Kultivierungsbeginn wurden die Belüftungsmenge aus der Luftzuführungsvorrichtung 4 und der Innendruck des Kulturtanks auf den Bereich von 0,1 bis 0,6 vvm beziehungsweise 0,1 bis 1,8 kg/cm²G eingeregelt, so daß die Konzentration an gelöstem Sauerstoff 2,5 ± 0,5 ppm wurde. Nachdem der Maximalwert der Belüftung und des Innendrucks 0,6 vvm beziehungsweise 1,8 kg/cm²G erreicht hatten, wurde durch Verdampfen flüssigen Sauerstoffs in der Sauerstoffzuführungsvorrichtung 3 gebildetes Sauerstoffgas in den Gaseinlaß 8 eingeführt und anschließend so durch den Kulturtank 1 geblasen, daß die Konzentration an gelöstem Sauerstoff 2,5 ± 0,5 ppm erreichte. Gleichzeitig wurde die Belüftung abgebrochen und der Kompressor 6 wurde zum Wiedergewinnen des Abgases in Betrieb genommen. Das Abgas wurde zu Kulturtank 1 im Kreis geführt. Danach wurde zum Verhindern einer Kohlendioxidgasanreicherung ein Teil der sich im Kreislauf befindenden Luft (0,03 vvm) durch die Abgasablaßvorrichtung 5 in die Atmosphäre entlassen. Die Konzentration an gelöstem Sauerstoff wurde durch Einblasen von Sauerstoffgas aufrecht erhalten. Die Luftmenge, die zum Aufrechterhalten des Innendrucks nicht ausreichte, wurde durch Abluft zugeführt.
Zum anderen wurde die Zugabe von D-Sorbit, der im Verlauf der Kultivierung oxidiert wurde, über die Substratzuführung 2 zu dem Kulturtank 1 zu dem Zeitpunkt begonnen, als dessen Konzentration in der Kulturflüssigkeit 5% wurde, und das Kultivieren wurde unter insgesamt 20 Stunden Zusatz von 51 Liter einer wäßrigen 60 Gew./Gew.-% D-Sorbitlösung durchgeführt.
Das zuvor angegebene Kultivieren ermöglichte das Durchführen des Kultivierens mit einer Konzentration des zugesetzten D-Sorbits von 50 Gew./Vol.-% je Ansatz in 20 Stunden und L-Sorbose reicherte sich in einer Ausbeute von 97,3% bezogen auf D-Sorbit an.

Claims

1. Vorrichtung zum Kultivieren eines Mikroorganismus, umfassend:

einen Kulturtank zum Kultivieren des Mikroorganismus, der mit einem Rührer, einer am unteren Teil des Tanks angeordneten Gaseinleitungsöffnung und einer am oberen Teil des Tanks angeordneten Abgasöffnung ausgestattet ist;

eine Substratzuführungsvorrichtung zum Hinzufügen eines Kultursubstrats zu dem Kulturtank;

eine Sauerstoffzuführungsvorrichtung&sub1; umfassend einen Vorratstank für flüssigen Sauerstoff und einen Verdampfer, um den Kulturtank mit einem Kulturabgas zu versorgen, das mit Sauerstoffgas angereichert wurde;

einen Detektor für die Konzentration an gelöstem Sauerstoff zum Nachweisen von gelöstem Sauerstoff in einer Kulturflüssigkeit in dem Kulturtank, um ein Signal für die Konzentration an gelöstem Sauerstoff auszugeben;

einen Regler für gelösten Sauerstoff zum Steuern der Zufuhr von gelöstem Sauerstoff durch Nachweisen des Signals für die Konzentration an gelöstem Sauerstoff;

eine Meßvorrichtung für Kohlendioxidgas zum Messen des Partialdrucks von Kohlendioxidgas in einem Kulturabgas, das aus dem Kulturtank einem Abgasrohr zugeführt wird;

eine Abgasablaßvorrichtung zum Ablassen eines Teils des Kulturabgases aus dem System durch Nachweisen des Partialdrucks des Kohlendioxidgases;

eine Leitung zum Zurückführen des übrigen Kulturabgases in die Gaseinleitungsöffnung des Kulturtanks; und

eine Luftversorgungsvorrichtung zum Versorgen des Kulturtanks mit Luft.

2. Vorrichtung zum Kultivieren eines Mikroorganismus gemäß Anspruch 1, wobei ein Luftzuführungsrohr über ein Luftstromsteuerventil zwischen der Luftversorgungsvorrichtung und dem Kulturtank angeordnet ist und das Luftstromsteuerventil durch den Regler für gelösten Sauerstoff gesteuert wird, so daß die Konzentration des gelösten Sauerstoffs durch Regulierung des Luftstroms mittels des Reglers für gelösten Sauerstoff auf ein konstantes Niveau geregelt wird, bis der Mikroorganismus die Wachstumsphase erreicht hat.