Klärfiltration von Fermenterbrühe

Die meisten industriellen Enzyme werden heute per Chargenfermentation über Organismen wie Pilze, Bakterien und Hefe hergestellt. Während der Gärung vermehren sich die Mikroorganismen in industriellen Bioreaktoren und das Enzym wird normalerweise in das Kulturmedium abgesondert (extrazellulär). 

Nach der Fermentation sind Extraktion und Reinigung wichtige Schritte zur Enzymrückgewinnung aus der Biomasse. Der erste Schritt ist die Klärung der Fermenterbrühe, um abgestorbene Zellen und andere Schwebstoffe aus den Fermenterinhalten zu entfernen. Die Vorgehensweise und angewendeten Klärungsmethoden hängen von der Natur des Enzyms und der gewünschten Reinheit ab.  

Nach der Gärung enthält die flüssige Brühe einen hohen Gehalt an Mikroorganismen, die von der Flüssigphase getrennt werden müssen, die das Enzym enthält (und andere gelöste Feststoffe). Diese Separationsphase wird als Klärung der Fermenterbrühe bezeichnet und besteht aus einer physischen Separation von Schwebstoffen aus der Flüssigphase. Die zwei gängigsten Lösungen der Industrie zur Klärung der Fermenterbrühe sind Zentrifugation und Filtration.

Zentrifugation produziert ein Konzentrat aus Schwebstoffen im Bereich von 10 bis 15 % trockenen Schwebstoffen und einen geklärten Strom, der noch leicht trüb ist und noch verbleibende Mikroorganismen enthält. Der Klärungsgrad hängt vom Zentrifugendesign und der Rotationsgeschwindigkeit der Trommel oder der Platten ab. 

Der Überlauf der Zentrifuge muss weiter geklärt werden, um verbleibende Schwebstoffe zu entfernen und nachgeschaltete Prozessschritte zu schützen. Dies kann über herkömmliche Technologien wie Tiefenfiltermedien oder über die Filtration mit Filterhilfsmitteln wie Kieselgurfilter erreicht werden.

Alternativ sind auch moderne Methoden zur Klärung der Fermenterbrühe wie Crossflow-Filtration in einem einzelnen Schritt verfügbar. Der Vorteil dieser Lösung ist, dass es ein vollständig geschlossener und hochautomatisierter Prozess ist, der eine physische Barriere bietet, um einen Übertrag von Mikroorganismen in das Filtrat zu verhindern. 

Zudem kann das flüssige Endenzymkonzentrat mit einer deutlich niedrigeren Konzentration an Konservierungsmitteln angeboten werden, was zu einem höheren Verkaufspreis führt.