CH688553A5

CH688553A5 - Verfahren und Anordnung zur Durchfuehrung biotechnologischer Prozesse unter Kultivierung aerober Organismen in hoher Zelldichte.

Info

Publication number: CH688553A5
Application number: CH55195A
Authority: CH
Inventors: Andreas Hartbrich; Dirk Dr Weuster-Botz; Christian Prof Wandrey
Original assignee: Forschungszentrum Juelich Gmbh
Priority date: 1994-03-07
Filing date: 1995-02-27
Publication date: 1997-11-14
Also published as: DE19507456A1; DE19507456C2

Description


  
 



  Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Durchführung biotechnologischer Prozesse unter Kultivierung aerober Organismen in hoher Zelldichte im Durchlaufverfahren in einem Zyklonreaktor mit einem Zyklondurchmesser : Einlaufdurchmesser-Verhältnis </= 10, dem am oberen Ende tangential flüssiges Medium mit einer Beschleunigungskennziffer (Zentrifugalbeschleunigung/Erdbeschleunigung) bis zu 25 zugeführt wird, in das sauerstoffhaltiges Gas gemischt ist und/oder dem sauerstoffhaltiges Gas über die Mantelfläche des Reaktors zugeführt wird und das vom unteren Ende des Reaktors entnommen und über einen äusseren Rezyklierungsumlauf auf Prozessbedingungen gebracht wird, während vom oberen Ende des Reaktors akkumuliertes Gas entfernt wird, wobei mit einem Leistungseintrag im Kreislauf von 4-40 kW/m<3> gearbeitet wird, sowie eine dafür geeignete Anordnung. 



  Biotechnologische Prozesse, insbesondere Fermentationsprozesse, die unter Kultivierung von Mikroorganismen oder Zellen ablaufen, bedürfen insbesondere bei Arbeit mit hohen Zelldichten einer intensiven Sauerstoffzufuhr. 



  Es sind daher bereits unterschiedliche Techniken zur  Steigerung des Sauerstoffeintragsvermögens für Fermentationsprozesse bekannt, die einzeln oder in Kombination angewandt werden können: 
 
   1. Eine Vergrösserung des treibenden Konzentrationsgefälles durch Erhöhung des Sauerstoffpartialdrucks im Reaktor mit möglichst grossem hydrostatischen Druck ("Turmbiologie"), durch Reaktionen unter höheren Drücken (Druckfermentation) und durch Begasung mit sauerstoffangereicherter Luft bis hin zum Einsatz von reinem Sauerstoff. 
   2. Eine Vergrösserung der volumenspezifischen Stoffaustauschfläche a durch möglichst feine Dispergierung der Gasphase im gesamten Reaktor unter Vermeidung von Koaleszenz ("Spaltinjektoren", Radialstromdüsen" mit Leitblechen). 
   3.

  Eine Verringerung des Stofftransportwiderstands auf der Flüssigkeitsseite 1/kL durch Erhöhung des Energieeintrags (z.B. "Strahlschlaufenreaktoren"). 
   4. Höchste Sauerstoffeintragsraten werden im Zentrifugalreaktor erreicht: Hierbei wird eine dampfsterilisierbare Siebzentrifuge als Reaktor eingesetzt (H. Voit, A. Mersmann, Chem. Ing. Techn. 61, 5 (1989) S. 416-417). Bei 50facher Erdbeschleunigung lassen sich im Zentrifugalbioreaktor bei der Begasung mit Luft Sauerstoffeintragsraten von bis zu 100 g/(l*h) verwirklichen (Newtonsche Medien, kLa = 10 h<-><1>). Dies ist neben der Intensivierung des Phasenkontakts (kL-Erhöhung) und der Feindispergierung der Gasblasen (a-Erhöhung) auf die lokale Erhöhung des Sauerstoffpartialdrucks (Erhöhung des treibenden Konzentrationsgefälles) im Zentrifugalfeld zurückzuführen. 
 



  Bekannt ist auch bereits ein Zyklon-Säulenreaktor (P.S.S. Dawson, Biotechnol. & Bioeng. Symp. No. 4 (1974) 809-819), bei dem eine Zyklon-Säule in einen Kreislauf für das flüssige Medium eingeschaltet ist, das am Säulenkopf tangential zugeführt wird und sich schraubenartig als bewegter Film längs der Säulenwand abwärts bewegt unter lebhaftem Gasaustausch mit dem am Reaktorboden zugeführten Gas. 



  Diese bereits längere Zeit bekannte Zyklonsäulentechnik wurde von J.D. Sheppard u.a. (J. Chem. Tech. Biotechnol. 59 (1994) 83-89) aufgegriffen und in einer Scaleup Version von 75 l Kapazität des Reaktors untersucht. Bei der Scale-up Einheit wurde die Säule verkürzt und dafür mit Luftinjektion in einem stark vergrösserten Kreislauf an zumindest zwei Stellen unter Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit der Förderpumpe gesorgt. Auf diese Weise wurde eine mit dem Zyklonsäulenreaktor vergleichbare Fermentationsleistung erreicht, die als ähnlich zum herkömmlichen Rührkesselreaktor bezeichnet wird. 



  Eine höhere Effizienz scheint der von H.Voit et al. (s.o.) beschriebene Zentrifugalreaktor zu besitzen, der in der DE 3 905 609 A1 in Verbindung mit einem Zyklonentschäumer näher beschrieben wird. 



  Eine für biotechnologische Prozesse brauchbare Verfahrensweise mit einem im Kreislauf betriebenen Zyklonreaktor der eingangs spezifizierten erfindungsgemässen Art ist mithin bislang nicht in Betracht gezogen worden. 



  Gemäss der Erfindung wird durch intensiven Tangentialeintrag in den Zyklonreaktor bei relativ niedrigem Durchmesserverhältnis von Zyklon zu Zykloneinlauf mit  Beschleunigungskennziffern bis zu 25 (insbesondere 2-25) gearbeitet unter Verwendung von Verdrängerpumpen wie Drehkolbenpumpen, Exzenterschneckenpumpen, Sine-Pumpen oder Taumelscheibenpumpen oder auch Peristaltikpumpen und Doppelmembranpumpen unter Erzielung von Sauerstofftransportkoeffizienten kLa bis zu 3000 h<-><1> (bei Gasinjektion im Umlauf) bzw. bis 25000 h<-><1> (bei Gaszufuhr über den Zyklonmantel). 



  Durch die Anordnung eines Prallkörpers im unteren Bereich wird die Ausbildung des Sekundärwirbels gefördert, so dass insgesamt die volumenspezifische Begasungsmenge verringert werden kann, was zur Einsparung von Energie und Milderung von Schaum- und Abgasproblemen führt. 



  Besonders zweckmässig ist ein Prallkörper in Form eines Tellers, der ggf. gleichzeitig - allein oder ergänzend - als Gasverteiler bzw. Begasungseinrichtung wirken kann oder in Form eines mit der Spitze nach unten weisenden Kegels, der auch ggf. - mit poröser Basis - dem Gaseintrag dienen kann. 



  Der erfindungsgemässe Zyklonreaktor kann jedoch auch ohne Prallkörper im unteren Bereich vorgesehen werden, wobei dann erhöhte Gasanteile in den Rezyklierungskreis gelangen können, was bisweilen für die ausreichende Sauerstoffversorgung empfindlicher Zellsysteme auch im Rezyklierungskreis erwünscht sein kann. 



  Auch bei erhöhtem Caseintrag über den Prallkörper oder über einem perforierten Zylindermantel des Zyklons kann ein Teil des zugeführten Cases in den Kreislauf gedrückt werden. Hierdurch wird auch bei hohen Zelldichten eine Sauerstoffversorgung im Kreislauf sichergestellt, da die Speicherkapazität der Flüssigphase für Sauerstoff sehr begrenzt ist. Eine genaue Quantifizierung ist nicht möglich, da die Stoffdaten gas/flüssig den Umlauf-Gasanteil wesentlich beeinflussen. 



  Besonders zweckmässig ist die Einbeziehung einer Mikrofiltration in den Rezyklierungskreis zur Steigerung der Zelldichten, wobei z.B. mit Röhrenmodulen gearbeitet werden kann und die Überströmgeschwindigkeit dem Tangentialeinlauf in den Zyklonreaktor angepasst ist. 



   Alle Messsonden für Temperatur, pH-Wert, pO2, Trübung etc. sowie alle Zu- und Abläufe der Flüssigphasen (Substrate, Korrekturmittel, Produkt) werden vorzugsweise im Umlauf installiert, um das Strömungsfeld im Zyklonreaktor nicht zu stören. 



  Eine Anordnung zur Durchführung biotechnologischer Prozesse gemäss der Erfindung unter Kultivierung aerober Organismen in hoher Zelldichte ist gekennzeichnet durch einen Kulturflüssigkeitskreislauf mit Elementen zur Regelung der Prozessbedingungen für einen als Zyklon ausgebildeten, in den Kreislauf integrierten Reaktor mit Gasentnahme am Kopf und Flüssigkeitsentnahme am Boden, dessen oberer Tangential-Einlauf mit einer im Kreislauf  vorgesehenen Pumpe für einen Leistungseintrag für Beschleunigungskennziffern (ZEinlauf) bis zu 25 (Zentrifugalbeschleunigung/Erdbeschleunigung) in Verbindung steht und vor dessen unterem Ende ein Prallkörper zur Unterstützung des Sekundärwirbels angeordnet sein kann und durch Mittel zur Begasung im Kreislauf vor dem Tangentialeinlauf zum Zyklonreaktor und/oder über perforierte Gasverteilerflächen im Reaktor. 



  Anwendungsgebiete für die erfindungsgemässe Technik sind:
 die Bioverfahrenstechnik zur effektiven Herstellung mikrobieller niedermolekularer Metabolite (z.B. organische Säuren, Aminosäuren, Vitamine) sowie Exoenzymen (z.B. Proteasen, Amylasen) und zur effektiven Herstellung rekombinanter Proteine in Hochzelldichte-Fermentationen;
 die biotechnologische Forschung zur Kultivierung hoher Zelldichten unter definierten, nicht sauerstofflimitierten Bedingungen. 



  Weitere Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen, die schematisch vier Varianten einer erfindungsgemässen Anordnung wiedergeben. 



  Gemäss Fig. 1 ist ein Zyklonreaktor 1 mit unterem (hohlen) Prallkegel 2 in einen Kulturflüssigkeitsumlauf einbezogen, der vom unteren Ende 3 des Zyklons abzweigend über eine Pumpe 4 geleitet wird, mit einem Auslass für zellhaltige Flüssigkeit 5 sowie einer Mikrofiltration 6,  insbesondere in Form von Rohrmodulen zur Abgabe von Filtrat über 7, während bei 8 insbesondere ergänzendes Kulturmedium eingespeist werden kann. Mit 9 ist eine Gasinjektion angedeutet für die Gaszufuhr über 10. Das daraufhin erzielte Flüssigkeitsgasgemisch tritt bei 11 tangential in den Zyklonreaktor ein, in dem sich ein Flüssigkeitsspiegel, etwa wie angedeutet, ausbildet. Das oberhalb desselben akkumulierte Gas tritt bei 12 über ein Tauchrohr 13 aus dem Reaktor aus.

  Dieses Tauchrohr kann mit (nicht dargestellten) Schaumzerstörerelementen unterhalb des Gasauslasses versehen sein, etwa in Form von Dreiecken, die in den Gasraum hineinragen. Die Gasinjektion kann auch zwischen Pumpe und Filter vorgesehen sein. 



  Fig. 2 und 3 zeigen Varianten zu der soeben erläuterten Ausführungsform, bei denen die Begasung, wie angedeutet, über die porös ausgebildete Zyklonwand bzw. die poröse Basis des Prallkegels erfolgt. 



  Gemäss Fig. 4 ist die Flüssigkeitsentnahme aus dem Zyklonreaktor abgewandelt, und zwar wird flüssiges Kulturmedium aus dem Zyklonreaktor über ein Tauchrohr 14 vom geschlossenen Boden des Zyklonreaktors 1 entnommen, das durch den Prallkegel 2 und das Tauchrohr 13 zur Gasentnahme hindurchgeführt ist. 


 Beispiel 
 


 Zyklon Reaktor für Labor-Fermentationen gemäss Fig. 4 
 



  Dieser Zyklon-Reaktor besitzt einen Innendurchmesser von 70 mm und eine zylindrische Länge von 190 mm. Der Einlauf-Durchmesser beträgt 9 mm. Der Prallkegel (Winkel in der Kegelspitze 130 DEG ) vor dem Unterlauf hat einen Durchmesser von 62 mm, so dass über einen Ringspalt von 4 mm der gasfreie Unterlauf in das Axialrohr nach oben abgesaugt werden kann (Fig. 4). Die Durchmesserreduzierung vom zylindrischen Teil des Zyklon-Reaktors zum Zentralrohr (Innendurchmesser 9 mm) erfolgt über eine Länge von 10 mm. Das  Tauchrohr am Kopf des Zyklon-Reaktors zur Entnahme der Gasphase ist 5 mm eingetaucht und hat einen Innendurchmesser von 30 mm. Die Gasentnahme aus dem nach oben abgeschlossenen Tauchrohr erfolgt seitlich mit einem Rohrdurchmesser von 9 mm. Durch den Deckel des Tauchrohrs ist zentral das Saugrohr des Unterlaufs durchgeführt. Der gesamte Zyklon-Reaktor ist aus Glas gefertigt. 



  Direkt neben dem Tauchrohr ist eine SCHOTT GL Verschraubung angebracht, die zur Aufnahme einer kontinuierlichen Niveausonde (potentiometrisches Messprinzip) dient, um das Flüssigphasen-Volumen im Zyklon-Reaktor einzustellen (Arbeitsvolumen 800 ml). 



  Alle anderen Messsonden (Temperatur pH pO2, Trübung) sowie alle Zu- und Abläufe der Flüssigphasen (Substrat, Korrekturmittel, zellhaltiger Ablauf) sind im Umlauf integriert. 



  Auf der Druckseite der Umlaufpumpe (Filtron-Sinus-Pumpe) ist ein Mikrofiltrationsmodul (keramisches Rohrmodul mit 19 Kanälen, Kanaldurchmesser 2,7 mm, Austauschfläche 0,14 m<2>) installiert. Danach erfolgt der Lufteintrag über ein Sinterrohr, bevor der Umlaufstrom über einen Wärmetauscher wieder tangential in den Zyklon-Reaktor eingespeist wird. Damit ergibt sich ein Gesamt-Arbeitsvolumen von 1,5 l. 


 Bestimmung des Sauerstoff-Transportkoeffizienten (kLa): 
 



  Der kLa-Wert wurde nach der stationären Methode mit Medium ohne Zellen bestimmt, indem der in den Zyklon-Reaktor eingetragene Sauerstoff extern in einem Stripper mit Stickstoff wieder entfernt wurde (Stickstoffdesorptionsmethode). 



  Bei verschiedenen Beschleunigungskennziffern z und unterschiedlichen volumetrischen Gaseintragsraten wurde der kLa-Wert bestimmt. Die Flüssigvolumenströme wurden zwischen 400 und 700 I/h variiert, die Luftvolumenströme zwischen 50 und 300 I/h. Die Ergebnisse lassen sich mit einem Potenzansatz korrelieren:
 



  kLa = c * (P/V)<a> * (Gasstrom)<b> 
 



  Die Korrelationskoeffizienten wurden wie folgt bestimmt (Medium, siehe Tab. 1):
 



  c = 1.3865, a = 0.5995, b = 0.4387
 



  Es sind kLa-Werte bis 3000 1/h bzw. Sauerstoffeintragsraten bis 21 g/(I*h) gemessen worden. 


 Kultivierung des aeroben Bakteriums Corynebacterium glutamicum im Zyklon-Reaktor: 
 



  Zur Vorkultivierung werden 1000 ml Schüttelkolben mit 4 Schikanen und einem Arbeitsvolumen von 200 ml verwendet. Die Medienbestandteile werden 30 min bei 121 DEG C autoklaviert (Zusammensetzung des Nährmediums: Tabelle 1). Nach Abkühlung auf Umgebungstemperatur wird mit 1 ml Organismensuspension aus der Stammhaltung angeimpft. Es folgt eine 24stündige Inkubierung bei 30 DEG C. 



   Das Zyklon-Reaktor-System wird chemisch sterilisiert. Dazu wird Dimethyldicarbonat 1:1000 mit Wasser verdünnt und anschliessend in das Reaktorsystem gepumpt. Bei 20 DEG C ist nach ca. 20 Minuten der Wirkstoff in Kohlendioxid und Methanol zerfallen. Nach der chemischen Sterilisierung des Reaktorsystems wird das übriggebliebene Wasser durch sterilisiertes Nährmedium verdrängt. Die Zusammensetzung des Nährmediums zur kontinuierlichen Kultivierung ist Tabelle 1 zu entnehmen. Salze und Glucose sind getrennt zu autoklavieren (30 min, 121 DEG C). Vitamine und Aminosäure werden im Anschluss sterilfiltriert zugegeben. 



  Zum Starten der Reaktion werden 200 ml inkubierte Vorkultur in den Zyklon-Reaktor mit einem Gesamtvolumen von 1.51 gepumpt. Zur Adaption der Mikroorganismen an das synthetische Hauptkulturmedium folgt ein 12stündiger Batchbetrieb des Zyklon-Reaktors. In dieser Zeit erhöht sich die Zellmassekonzentration von 3 auf 15 g Biotrockenmasse/l. 



  Der Volumenstrom der Umlaufpumpe wird konstant auf 500 I/h eingestellt. Das entspricht einer Strömungsgeschwindigkeit v der Flüssigkeit am tangentialen Einlauf des Zyklon-Reaktors von 2m/s. 
<tb><TABLE> Columns=3 Tabelle 1
 Nährmedien für Corynebacterium glutamicum 
<tb>Head Col 1: Substanz 
<tb>Head Col 2: Vorkulturmedium [g/l] 
<tb>Head Col 3:

  Hauptkulturmedium [g/l]
<tb><SEP>Glucose<SEP>20,00<SEP>100,00
<tb><SEP>Pepton<CEL AL=L>10,00
<tb><CEL AL=L>Hefeextrakt<SEP>10,00
<tb><SEP>NaCI<SEP>2,5
<tb><SEP>MgSO4 * 7 H2O<SEP>0,25<SEP>0,285
<tb><CEL AL=L>(NH4)2SO4<SEP>46,00
<tb><SEP>KCI<SEP>1,0
<tb><SEP>K2HPO4<SEP>0,5
<tb><CEL AL=L>KH2PO4<SEP>0,5
<tb><SEP>FeSO4 * 7 H2O<SEP>0,0285
<tb><SEP>CaCI2 * 2 H2O<CEL CB=3 AL=L>0,05
<tb><SEP>MnSO4 * H2O<SEP>0,0165
<tb><SEP>CuSO<4> * 5 H2O<SEP>0,0007625
<tb><SEP>ZnSO4 * 7 H2O<SEP>0,0063
<tb><SEP>CoCI2 * 6 H2O<SEP>0,00013
<tb><SEP>NiCI2 * 6 H2O<CEL CB=3 AL=L>0,0000425
<tb><SEP>Na2MoO4 * 2 H2O<SEP>0,000065
<tb><SEP>KAI (SO4)2 * 12 H2O<CEL CB=3 AL=L>0,000028
<tb><SEP>Se<SEP>0,0000193
<tb><SEP>Biotin<SEP>0,00085
<tb><SEP>L-Leucin<CEL CB=3 AL=L>0,5
<tb><SEP>Antischaum (PPG 1200)<SEP>0,5 ml/l 
<tb></TABLE> 



  Die Beschleunigungskennziffer ZEinlauf (Zentrifugalbeschleunigung/Erdbeschleunigung) wird wie folgt berechnet:
 



  ZEinlauf = 2 * v<2> / (D * g)
 



  wobei
 v = Leerrohrgeschwindigkeit am Einlauf (m/s)
 D = Innendurchmesser des Zyklons (m)
 g = Erdbeschleunigung (9.81 m/s<2>). 



  Damit ist die Beschleunigungskennziffer ZEinlauf = 11.7. 



  Die Zuluftmenge wird auf 400 I/h eingestellt. Damit ergibt sich ein volumenspezifischer Energieeintrag (Leistungseintrag der Umlaufpumpe und kinetische Energie des Gaseintrags) von knapp 10 kW/m<3>. Über den Wärmetauscher im Umlauf wird durch einen Thermostaten mit externer Temperaturegelung die Temperatur im Zyklon-Reaktor-System auf 30 DEG C eingestellt. Der pH-Wert wird durch Zugabe des Korrekturmittels (4N NaOH) auf 7,0 geregelt. 



  Bei einer Biotrockenmassekonzentration von 15 g/l kann auf kontinuierlichen Betrieb umgestellt werden. Der Zulauf wird auf 300 ml/h eingestellt. Bei einem Gesamtvolumen des Reaktorsystems von 1,5 l entspricht das einer mittleren Verweilzeit des Nährmediums von 5 h im Reaktorsystem. Durch die im Umlauf integrierte Mikrofiltrationseinheit kann dem System ein zellfreier Flüssigkeitsstrom entnommen werden. Damit kann die mittlere Verweilzeit der Mikroorganismen im System von der Verweilzeit des Nährmediums entkoppelt werden. 



  Es wird ein Verweilzeitfaktor F von 5 eingestellt (Der Verweilzeitfaktor F stellt das Verhältnis zwischen der Verweilzeit der Mikroorganismen und der Verweilzeit des Nährmediums dar). Ein Verweilzeitfaktor F von 5 bedeutet, das sich die Zellmasse (der Biokatalysator) 5 mal länger im Zyklon-Reaktor-System befindet als das Nährmedium. Bei einem Zulaufvolumenstrom von 300 ml/h ist dies durch die Entnahme eines zellhaltigen Bleedstroms von 60 ml/h und eines zellfreien Filtratstroms von 240 ml/h zu erreichen. Der Filtratstrom stellt sich bei fester Vorgabe des Bleedstroms über die Füllstandsregelung ein. 


 Ergebnisse: 
 



  Nach 3 Zellmasse-Verweilzeiten (75 h) wird im Fliessgleichgewicht eine Zellmassekonzentration von 60 g BTM/I im Zyklon-Reaktor erreicht. Als pO2 wird bei dieser Zelldichte ein Wert von 6% Luftsättigung an der Messstelle im Umlauf gemessen. 



   Zur biochemischen Kontrolle einer im gesamten Zyklon-Reaktor-System ausreichenden Sauerstoffversorgung wurde das Fermentationsmedium auf das Gärendprodukt Laktat untersucht, das nur gebildet wird, wenn nicht genügend Sauerstoff vorhanden ist. Im untersuchten Betriebsbereich konnte keine Laktatbildung festgestellt werden. 



  Gegenüber dem herkömmlichen Rührkesselverfahren kann durch den Einsatz des Zyklon-Reaktors die Zellmassekonzentration im Reaktor um den Faktor 3 gesteigert werden, ohne dass es zu unerwünschten Sauerstofflimitierungen kommt. Bei unveränderter zellmassenspezifischer Reaktionsgeschwindigkeit der Aminosäurebildung lässt sich damit die volumetrische Produktivität ("Raum-Zeit-Ausbeute") ebenfalls gegenüber dem kontinuierlichen Rührkesselverfahren um den Faktor 3 steigern.

Claims

1. Verfahren zur Durchführung biotechnologischer Prozesse unter Kultivierung aerober Organismen in hoher Zelldichte im Durchlaufverfahren in einem Zyklonreaktor mit einem Zyklondurchmesser : Einlaufdurchmesser-Verhältnis </= 10, dem am oberen Ende tangential flüssiges Medium mit einer Beschleunigungskennziffer (Zentrifugalbeschleunigung/Erdbeschleunigung) bis zu 25 zugeführt wird, in das sauerstoffhaltiges Gas gemischt ist und/oder dem sauerstoffhaltiges Gas über die Mantelfläche des Reaktors zugeführt wird und das vom unteren Ende des Reaktors entnommen und über einen äusseren Rezyklierungsumlauf auf Prozessbedingungen gebracht wird, während vom oberen Ende des Reaktors akkumuliertes Gas entfernt wird, wobei mit einem Leistungseintrag im Kreislauf von 4-40 kW/m<3> gearbeitet wird.

2.

Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Zyklonreaktors mit einem Höhe : Durchmesser-Verhältnis von 2,5-5 und einem Zyklondurchmesser : Einlaufdurchmesser-Verhältnis von 4-10.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Kreislauf Flüssigkeit durch Quer stromfiltration entfernt wird, deren Überströmgeschwindigkeit mit der Zuströmgeschwindigkeit am Zykloneinlauf abgestimmt ist.

4.

Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Kulturflüssigkeitskreislauf mit Elementen zur Regelung der Prozessbedingungen für einen als Zyklon ausgebildeten, in den Kreislauf integrierten Reaktor mit Gasentnahme am Kopf und Flüssigkeitsentnahme am Boden, dessen oberer Tangential-Einlauf mit einer im Kreislauf vorgesehenen Pumpe für einen Leistungseintrag für Beschleunigungskennziffern (ZEinlauf) bis zu 25 (Zentrifugalbeschleunigung/Erdbeschleunigung) in Verbindung steht und durch Mittel zur Begasung im Kreislauf vor dem Tangentialeinlauf zum Zyklonreaktor und/oder über perforierte Gasverteilerflächen im Reaktor.

5. Anordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen insbesondere als Prallteller oder Prallkegel ausgebildeten Prallkörper vor dem unteren Ende des Zyklons zur Unterstützung der Sekundärwirbelbildung.

6.

Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch ein Verhältnis von Zyklondurchmesser zu Einlaufdurchmesser von 4 und 10.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch eine Auslegung der Pumpe für einen Leistungseintrag zwischen 4 und 40 kW/m<3>.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet durch ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser des Zyklonreaktors zwischen 2,5 und 5.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, gekennzeichnet durch einen Filtrationsmodul im Kreislauf zur Entnahme eines zellfreien Filtratstroms.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Entnahmestelle für zellhaltigen Flüssigkeitsstrom im Kreislauf.

11.

Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, gekennzeichnet durch einen am oberen Ende des Zyklonreaktors vorgesehenen tangentialen Flüssigkeitseinlauf mit vorgeschalteter Begasungseinrichtung; einen durch den Zyklondeckel führenden axialen Gasentnahmestutzen, der am äusseren Rand mit mechanischen Schaumzerstörerelementen versehen ist und einen die Sekundärwirbelbildung unterstützenden Prallkörper vor dem unteren offenen Ende des Zyklons, das zu der im Kreislauf vorgesehenen Pumpe führt.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, gekennzeichnet durch einen unten geschlossenen Zyklonreaktor, durch dessen als Hohlkegel ausgebildeten Prallkörper ein Tauchrohr zur Flüssigkeitsentnahme hindurchgreift, das koaxial durch den Gasentnahmestutzen hindurchgreifend zum Flüssigkeitskreislauf führt.

13.

Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch eine poröse Mantelfläche des Zyklons für die Gaszufuhr, alternativ oder zusätzlich zur Begasungseinrichtung des Kreislaufs.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, gekennzeichnet durch einen nach oben hin porösen Prallkörper für die Gaszufuhr, alternativ oder zusätzlich zur Begasungseinrichtung des Kreislaufs.