DE3809945A1

DE3809945A1 - Verfahren zum filtern von bazillus subtilis

Info

Publication number: DE3809945A1
Application number: DE3809945A
Authority: DE
Inventors: Toshiro Minami; Shunju Yasuda; Yoshihisa Katoh; Takeshi Kobayashi; Shinji Iijima
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1987-03-27
Filing date: 1988-03-24
Publication date: 1988-10-06
Also published as: JPS63237780A; US4751007A; AU598071B2; AU8210287A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Filtern von Bazillus subtilis oder dessen genrekombinierten Bazillus.

Bazillus subtilis ist als eine Art von Stäbchenbakterien gut bekannt, die für den Menschen nicht schädlich sind. Bazillus subtilis wird auch als Wirtsbakterium für die Genmanipulation unter dem Gesichtspunkt benutzt, daß Bazillus subtilis leicht Metaboliten ausscheiden kann, womit rekombinierte Genprodukte erhalten werden können.

Um rekombinierte Genprodukte mit einer hohen Ausbeute zu er halten wird eine Kulturlösung, die Bazillus subtilis oder des sen genrekombinierten Bazillus in einem Kulturbehälter enthält, durch ein rohrartiges Filter gepreßt, so daß sie im Querströ mungsbetrieb filtriert wird. Somit wird nur der Metabolit fil triert oder entfernt, während die angereicherte Lösung zum Kul turbehälter zurückgeführt wird. Der Metabolit kann kontinuier lich hergestellt werden.

Ein herkömmliches bevorzugtes Beispiel des wie oben angeführ ten Filters stellt ein keramisches Filter dar, weil

1. es nicht korrodiert,
2. es sich nicht auflöst,
3. es während des Filterns nicht bricht und
4. es mit Wasserdampf desinfiziert werden kann.

Da Bazillus subtilis sehr empfindlich ist, wird er jedoch im Fall herkömmlicher Keramikfilter oft während des Querströmungs betriebs zerrissen. Dieses Problem beruht hauptsächlich auf Ei genschaften des benutzten Keramikfilters und den Filtrierbe dingungen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Filtrieren von Bazillus subtilis oder dessen genrekombinierten Bazillus zur Verfügung zu stellen bei dem Bazillus subtilis nicht zerrissen wird.

Für die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung weist ein rohrartiges Keramikfilter eine Filterschicht auf, die sich aus kugelförmigen Teilchen zusammensetzt. Die keramische Schicht befindet sich auf einer inneren zylindrischen Oberfläche des Keramikfilters. Die Oberflächenrauheit R _max der keramischen Schicht beträgt 10 µm oder weniger. Die Strömungsgeschwindigkeit der Bazillus subtilis enthaltenden Kulturlösung ist 2 m/s oder weniger, wenn sie durch das Keramikfilter strömt.

Im Betrieb wird Bazillus subtilis während der Querstömungsfil tration nicht zerstört, weil die innere Oberfläche des Kera mikfilters glatt ist und Bazillus subtilis mit der inneren Oberfläche des Keramikfilters mit einer niedrigen Strömungsgeschwindigkeit in Berührung kommt. Wenn die innere Oberfläche des Keramik filters aus gebrochenen Teilchen besteht, die spitze Winkel haben und/oder wenn die Rauhheit der inneren Oberfläche mehr als 10 µm beträgt, wird Bazillus subtilis in einem beträchtlichen Maße zerrissen. Damit Bazillus subtilis im Gärbehälter die innere Oberfläche des Keramikfilters während der Filtration nur sanft berührt, sollte die Kulturlösung mit einer niedrigen Strömungsge schwindigkeit von 2 m/s oder weniger fließen. Wenn die Strömungsge schwindigkeit mehr als 2 m/s beträgt, kann die Zerstörung der Mikroorganismen nicht verhindert werden.

Zusätzliche Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von zwei bevor zugten Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeich nungen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils einzeln oder in Kombination miteinander bei einer Ausführungsform verwirk licht sein. In der Zeichnung zeigen im einzelnen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, um die Filtration einer Kulturlösung gemäß dieser Erfindung auszuführen.

Fig. 2 eine schematische Darstellung, einer weiteren Vor richtung zur Ausführung eines Verfahrens gemäß dieser Er findung.

Fig. 3 eine Rückspülkurve.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 enthält ein Behälter 1 eine Kulturlösung, in der Bazillus subtilis suspendiert ist. Ein Beispiel für eine Kulturlösung, ist eine wäßrige Lösung, die 1 Gew.-% Poly pepton 0.5 Gew.-% Hefeextrakt, 0.5 Gew.-% NaCl und 10 Gew.-% Glucose enthält und pH 7 hat. Ein Filtergehäuse 3 ist mit dem Behälter 1 durch die umlaufenden Leitungen 5 und 6 verbunden. Eine Pumpe 2 ist in der umlaufende Linie 5 angeordnet. Ein Keramikfilter 4 befindet sich derart im Filtergehäuse, daß das eine Ende des Keramikfilters 4 mit der Leitung 5 und das andere Ende des Keramik filters 4 mit der Leitung 6 verbunden ist.

Im Betrieb wird die Kulturlösung im Behälter 1, wenn Pumpe 2 startet, durch die Leitung 5 geleitet und strömt dann so durch das Keramikfilter 4, daß sie im Querströmungsbetrieb filtriert wird. Das Filtrat läuft aus dem Filtergehäuse 3 durch eine Öffnung 3 a des Filtergehäuses 3 in einen Tank, der in Fig. 1 nicht gezeigt ist. Folglich wird eine angereicherte Lösung produziert und entlang der Leitung 6 in den Behälter 1 zurückgeführt.

Ein Verfahrensbeispiel zur Herstellung des Keramikfilters 4 wird im folgenden erklärt. Hochreines Aluminiumoxidpulver das einen Teilchendurchmesser von 10 bis 30 µm besitzt, wird mit einem Binder gemischt und dann in Gestalt eines rohrartigen Körpers geformt, der einen Außendurchmesser von 19 mm, einen Innendurchmesser von 15 mm sowie eine Dichtung von 2 mm hat. Dieser geformte Körper wird erhitzt, um den Binder zu entfernen. Als nächstes wird eine Flüssigkeit, die hochreines Aluminiumoxidpulver mit einem Teilchen durchmesser von 2-10 µm enthält, gleichförmig auf eine innere zylindrische Oberfläche des geformten Körpers aufgebracht, um auf diese Weise eine erste Schicht zu bilden, und dann getrocknet. Zusätzlich wird eine Flüssigkeit, die hochreines, relativ feines Aluminiumoxidpulver enthält, gleichförmig auf die erste Schicht aufgebracht, um dadurch eine zweite Schicht herzustellen, und dann getrocknet. Zum Schluß wird der Formkörper auf eine Temperatur von 1500°C erhitzt, um so ein keramisches Filter herzustellen. Die erste und die zweite Schicht bilden eine Filterschicht. Der Formkörper dient als Trägerschicht für eine solche Filterschicht.

Bei einem solchen Verfahren werden, wie es in Tabelle 1 gezeigt ist, 3 Teilchenarten als Ausgangsmaterial für eine solche Filter schicht auf einer inneren Oberfläche des Keramikfilters benutzt. Im Fall der ersten Teilchenart (Nr. 1 bis 3), die feine kugelförmige Teilchen darstellen, ist die Rauhheit R der inneren Oberfläche des Filters 10 µm. Im Fall der zweiten Teilchenart (Nr. 4 bis 6), die feingebrochene Teilchen sind, ist die Rauhheit R _max der inneren Oberfläche 10 µm. Im Fall der dritten Teilchenart, bei der es sich um relativ große kugelförmige Teilchen handelt, ist die Rauhheit R _max der inneren Oberfläche 100 µm.

Jedes dieser Keramikfilter wird in die Vorrichtung nach Fig. 1 eingebaut. Der Behälter 1 enthält eine Kulturlösung, die eine Konzentration von 5 g/l an Bazillus subtilis besitzt. Die Kulturlösung wird bei drei verschiedenen Strömungsgeschwindig keiten von 1.5 m/s, 2.0 m/s und 2.5 m/s, wie in Tabelle 1 ge zeigt, durch Änderung der Leistung der Pumpe 2 filtriert. Nach Fortsetzung jeder Filtration für 24 Stunden wird die Überle bungsquote von Bazillus subtilis durch Vergleich der Biomassen aktivität vor dem Filtern und nach dem Filtern gemessen. Das Ergebnis ist in Tabelle 1 aufgezeigt.

Wie aus Tabelle 1 entnommen werden kann, ist die Überlebungs quote von Bazillus subtilis groß, wenn die Filterschicht aus kugelförmigen Teilchen hergestellt ist, die innere Oberfläche des Filters eine Rauhheit von 10 µm oder weniger besitzt und die Strömungsgeschwindigkeit 2.0 m/s oder weniger ist, wie in den Beispielen Nr. 1 und 2 gezeigt ist.

Auch wenn die Erfindung an Bazillus subtilis erläutert wurde, kann auch der gen-rekombinierte Bazillus mit denselben Resultaten gemäß dieser Erfindung filtriert werden.

Es ist bevorzugt, daß ein Keramikfilter 23 rückgespült wird, um so eine gute Filterausbeute zu erhalten.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform dieser Erfindung. Ein Behälter 21 enthält eine Kulturlösung, die dieselbe ist wie diejenige in Fig. 1. Mehrere rohrartige Keramikfilter 23, die alle denselben Aufbau besitzen wie dasjenige von Fig. 1, sind parallel in einem Filtergehäuse 22 angeordnet, das mit dem Be hälter 21 durch eine umlaufende Leitung 26 verbunden ist. Eine Pumpe 24 und ein Strömungsmesser 25 sind in die Leitung 26 angeordnet. Die Kulturlösung wird im Querströmungsbetrieb gefiltert, wenn sie durch die Durchgänge der Keramikfilter 23 fließt. Das Filtrat wird durch ein Schwimmerventil 27 in einen Tank (nicht gezeigt im Bild) geleitet, der sich außerhalb des Filtergehäuses 22 befindet. Die angereichterte Lösung wird in den Behälter 21 zurückgeführt, um den Kreislauf aufrecht zu erhalten.

Das Filtergehäuse 22 ist mit einer Rückspülvorrichtung 20 mit einer Hydraulikvorrichtung ausgerüstet, welche einen Zylinder 28 und einen darin bewegbaren Kolben 29 sowie ein Betätigungsglied 30 aufweist. Der Kolben wird durch das Betätigungsglied 30 über ein Öl 31 betätigt. Das Betätigungsglied 30 kann von einem gewün schten Typ, wie aus einem luftgetriebenen oder hydraulischen Typ, gebildet sein.

Ein Verfahren zur Rückspülung des Keramikfilters 23 wird im folgenden erklärt:

Das Betätigungsglied 30 wird für eine kurze Zeit von 1 bis 2 s betätigt, so daß sich der Kolben 29 durch das Öl 31 in der Weise bewegt, daß ein Druck des Filtrats außerhalb des Filters 23 in dem Filtergehäuse 22 größer wird als derjenige der Flüssigkeit im Filter 23. Zur gleichen Zeit wird das Filtrat in das Filter 22 mit einer Strömungsgeschwindigkeit bewegt, die größer ist als die Filtriergeschwindigkeit, so daß das Schwimmerventil 27 geschlossen werden kann. Auf diese Weise werden die Verunreinigungen, die auf der Filteroberfläche des Keramikfilters 23 abgelagert sind von dieser entfernt und dann in der Kulturlösung in Filter 22 suspendiert. Somit ist ein Rückspülschritt abgeschlossen.

Danach wird der Kolben 29 in der Weise in seine Ausgangstellung zurückbewegt, daß die Volumenänderung des Zylinders 28 pro Zeit einheit immer kleiner ist als die Filtriergeschwindigkeit durch das Keramikfilter 23.

Mit einer solchen Arbeitsweise kann das Rückspülen ausgeführt werden, während die Kulturlösung filtriert wird. Die Verun reinigungen, die von den Keramikfiltern 23 entfernt wurden, werden in die Kulturlösung in den Filtern suspendiert und nicht wieder auf den Filter 23 abgelagert. Deshalb kann eine hohe Filtrierausbeute erreicht werden. Zusätzlich gibt es keine Mög lichkeit, daß verschiedenartige Bakterien einen Einfluß auf das Filtrat haben, da das Filtrat vom Kolben 29 bewegt wird.

Fig. 3 zeigt einen Filtrationsverlauf. T ₁ bedeutet eine Fil trationszeit. T₂ bezeichnet eine Rückspülzeit. P kennzeichnet einen Rückspüldruck. Eine Rückspülzeit von ungefähr 0.2 s oder weniger reicht nicht aus, um das Keramikfilter 23 rückzuspü len. Eine bevorzugte Rückspülzeit reicht von 1 s bis 2 s. Der Filtrierschritt und der Rückspülschritt werden nacheinander wiederholt.

Tabelle 1

Die Erfindung umfaßt somit ein Verfahren zum Hindurchleiten einer Kulturlösung, die Bazillus subtilis oder dessen gen-rekombinierten Bazillus enthält, aus einem Behälter 21 durch ein rohrartiges Keramikfilter 23 mit einer Durchflußgeschwindigkeit von 2 m/s oder weniger. Hierzu wird ein Keramikfilter 23 mit einer Filter schicht auf seiner inneren zylindrischen Oberfläche verwendet, wobei die Filterschicht aus kugelförmigen Teilchen hergestellt ist und eine Oberflächenrauhheit (R _max) der inneren Oberfläche des Keramikfilters 23 von 10 µm oder weniger besitzt.

Claims

1. Verfahren zum filtrierenden Hindurchleiten einer Kulturlösung, die Bazillus subtilis oder dessen genrekombinierten Bazillus enthält, durch ein rohrartiges Keramikfilter mit einer Strömungs geschwindigkeit von 2 m/s oder weniger wobei, das Keramikfilter, mindestens eine Filterschicht auf einer inneren zylindrischen Filteroberfläche besitzt, die aus kugelförmigen Teilchen herge stellt ist, und eine Oberflächenrauhheit (R _max) der inneren Filteroberfläche des Keramikfilters von 10 µm oder weniger.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschicht aus mehreren aus Aluminiumoxidpulver hergestell ten Beschichtungen besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Kulturlösung in einem Behälter enthalten ist, der mit einem Filtergehäuse verbunden ist, in das das Keramikfilter so eingesetzt wird, daß die Kulturlösung wiederholt durch den Behälter und Keramikfilter zirkuliert werden kann.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kulturlösung durch das Keramikfilter im Querströmungsbetrieb filtriert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikfilter während des Filtrierbetriebes rückgespült wird.