Das zentrale Ziel der Fermentationsluftaufbereitung
In der aeroben Fermentation wird für das Wachstum und den Stoffwechsel der Mikroorganismen große Mengen an Sauerstoff benötigt. Da die Umgebungsluft Staub, Feuchtigkeit, Öl sowie verschiedene Kontaminationskeime enthält, kann eine direkte Zuführung in den Fermenter leicht zu einer Verkeimung mit Fremdkeimen führen, was den Fermentationsprozess zum Scheitern bringt oder die Produktqualität beeinträchtigt. Daher muss die in das Fermentationssystem eingeleitete Luft einer strengen physikalischen und chemischen Aufbereitung unterzogen werden, um die prozesstechnischen Anforderungen zu erfüllen.
Anforderungen an Desinfektion und Filtration
Die Sterilität steht bei der Aufbereitung von Fermentationsluft an erster Stelle. Zur Entkeimung der Luft wird in der Regel das Verfahren der Medienfiltration angewendet, bei dem mikrobielle Partikel durch ein mehrstufiges Filtersystem schrittweise abgeschieden werden.
- VorabvorfilterungEs dient hauptsächlich dazu, große Staubpartikel sowie Wasser- und Öltröpfchen aus der Luft abzuscheiden, um die nachgeschalteten Feinfilter zu schützen und deren Lebensdauer zu verlängern.
- Endseitige SterilfiltrationIn der Regel werden Mikroporenfilter mit äußerst geringer Porenweite oder Sintermetallfilter eingesetzt, um sicherzustellen, dass die in den Fermentationsbehälter eingeleitete Luft absolut keimfrei ist; die Abscheideeffizienz muss höchsten Anforderungen genügen.
Außer Wasser und der Regelung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit
Nach der Kompression durch den Luftkompressor steigt die relative Luftfeuchtigkeit erheblich an; beim Abkühlen kommt es leicht zur Auskondensation von flüssigem Wasser. Diese Feuchtigkeit führt zu einer Durchfeuchtung des Sterilfilters, was nicht nur den Strömungswiderstand erhöht, sondern auch die Filterstruktur schädigt und letztlich zum Versagen der Sterilisation führt.
- Kühlung und Entwässerung: Die komprimierte Hochtemperaturluft muss zunächst in einem Kühler abgekühlt und anschließend in einem Gas‑Wasser‑Abscheider von frei vorliegendem flüssigem Wasser befreit werden.
- Erwärmung und EntfeuchtungDas entwässerte, gesättigte Luftgemisch muss erneut erwärmt werden, um seine relative Luftfeuchtigkeit zu senken und sicherzustellen, dass die Luft beim Eintritt in den Endfilter trocken ist.
Entfettung und Reinheitsanforderungen
Ölanteile in der Luft verstopfen nicht nur die Mikroporen der Filter und erhöhen den Energieverbrauch, sondern können zudem toxische Wirkungen auf bestimmte empfindliche Mikroorganismen ausüben und deren Stoffwechselwege beeinträchtigen.
- QuellenkontrolleSoweit technisch möglich, sollte in der Gärhalle vorzugsweise ein ölfreier Druckluftkompressor eingesetzt werden, um die Ölkontamination bereits an der Quelle zu verhindern.
- TiefenentfettungBei der Verwendung eines ölschmierenden Schraubenkompressors sind am Netzanschluss vorn ein hochwirksamer Ölabscheidefilter sowie eine Aktivkohle-Adsorptionsanlage zu installieren, um den Ölgehalt der Druckluft auf ein äußerst niedriges Niveau zu senken.
Stabilität von Druck und Durchfluss
Der Fermentationsprozess stellt hohe Anforderungen an den Sauerstoffgehalt im Wasser; die Stabilität der Luftzufuhr hat unmittelbaren Einfluss auf das gelöste‑Sauerstoff‑Niveau im Fermenter.
- DruckanpassungDer Zuluftdruck muss den hydrostatischen Druck der Flüssigkeitssäule im Fermenter, die Rohrleitungswiderstände sowie das Druckgefälle des Filters überwinden, um im Reaktor einen Überdruck aufrechtzuerhalten und ein Rückströmen von Außenluft zu verhindern.
- Der Datenverkehr ist stabil.Die Netzwerkauslegung muss sinnvoll erfolgen, um starke Druckschwankungen zu vermeiden. Das System sollte mit einer Druckstabilisierungseinrichtung und Durchflussregelventilen ausgestattet sein, die je nach Sauerstoffbedarf in den einzelnen Fermentationsphasen eine präzise Regelung ermöglichen.