STRUKTOL Entschäumer für fermentative Prozesse
Allgemeines
Die Schaumentstehung bei fermentativen Prozessen ist begründet durch die Anwesenheit von schaumaktiven Substanzen in der Fermenterbrühe, entweichender Gase/Luft sowie Turbulenzen im Fermenter.
Die verwendeten Substrate sind zumeist reich an Kohlenhydraten, die zum Teil mit Hilfe von Enzymen verzuckert werden. Schaumbildner sind die verwendeten Zuckerstoffe, Stärken und Proteine selbst und weitere Begleit- bzw. Inhaltsstoffe, die teilweise für die Mikroorganismen wichtige Spurenelemente enthalten. Weiterhin können Aminosäuren und Proteine, die von den Mikroorganismen während der Fermentation gebildet werden, zu erheblicher Schaumbildung führen.
Anaerobe/aerobe Fermentationen
Die Art der entweichenden Gase ist abhängig von der Fermentationsmethode. Grundsätzlich unterscheidet man in anaerobe und aerobe Prozesse. Ein typisches Beispiel anaerober Fermentation ist die Herstellung von Alkohol. Hierbei werden verschiedene zucker- oder stärkehaltige Substrate unter Verwendung von Hefe in Alkohol und Kohlendioxid umgesetzt. Durch das entweichende Kohlendioxid entsteht, abhängig von den verwendeten Substraten, mehr oder weniger Schaum. Weitaus bedeutender für den Einsatz von Entschäumern sind aerobe Fermentationen. Hierbei kann prinzipiell unterschieden werden in Verfahren zur Vermehrung von Mikroorganismen (z. B. Backhefeherstellung) und der Gewinnung verschiedener "Biotechnik Produkte" (z. B. Antibiotika, Enzyme) durch den Einsatz spezieller Bakterienarten. Bei aeroben Prozessen wird zur Sauerstoffversorgung der Mikroorganismen Luft in die Fermenter eingeblasen. Die überschüssige Luft entweicht und bildet Schaum. Aerobe Prozesse sind in der Regel wesentlich schaumintensiver, da die Menge der entweichenden Luft wesentlich größer ist im Vergleich zur Kohlendioxidmenge bei anaeroben Prozessen.
Dosierung von Entschäumern
Ohne die Zugabe von Entschäumern würden Fermenter überschäumen, was neben dem Verlust erheblicher Produktmengen zu Verschmutzungen und damit verbundenen negativen Auswirkungen führen würde. Die Entschäumerdosierung erfolgt in den meisten Fällen nach Bedarf in den oberen Fermenterbereich, gesteuert über eine Schaumsonde. Eine entsprechende Dosieranlage wurde von der Schill + Seilacher "Struktol" GmbH entwickelt und wird seit vielen Jahren in verschiedenen Bereichen eingesetzt.
Die Art der Entschäumerdosierung ist abhängig vom Fermentationsverlauf. Im Allgemeinen wird die erforderliche Menge über den gesamten Fermentationsverlauf automatisch geregelt und kann je nach Art der Fermentation zu- oder abnehmen (Alkohol- bzw. Hefeherstellung). Bei anderen Fermentationen werden die Substrate gemeinsam mit dem Entschäumer vorgelegt und dann vor allem gegen Ende der Fermentation zusätzlich automatisch dosiert (Enzym- und Antibiotikaherstellung).
Entschäumerauswahl
Die wichtigsten Faktoren sind Wirksamkeit gegenüber den verwendeten Substraten und Indifferenz gegenüber Fermentationsverfahren und Endprodukt. Struktol Entschäumer zeichnen sich durch äußerst geringe Beeinflussung des Sauerstofftransfers aus, was zu optimalen Ausbeuten und hoher Qualität der Endprodukte führt.
Produktaufbereitung
Nach beendeter Fermentation müssen die Endprodukte aus der Fermentationsbrühe isoliert werden. Die hierfür angewendeten Verfahren unterscheiden sich grundsätzlich, je nachdem ob das Endprodukt fest oder flüssig ist. Die Schill + Seilacher "Struktol" GmbH verfügt über eine speziell für die Fementationsindustrie entwickelte Entschäumer Produktpalette. Durch geschickte Vorauswahl lassen sich störende Einflüsse des Entschäumers bei der Aufbereitung minimieren.
ALKOHOLE
Ein typisches Beispiel anaerober Fermentation ist die Herstellung von Alkohol. Hierbei werden verschiedene zucker- oder stärkehaltige Substrate unter Verwendung von Hefe in Alkohol und Kohlendioxid umgesetzt. Durch das entweichende Kohlendioxid entsteht, abhängig von den verwendeten Substraten, mehr oder weniger Schaum.
AMINOSÄUREN
Bedeutend für den Einsatz von Entschäumern sind aerobe Fermentationen. Hierbei kann prinzipiell unterschieden werden in Verfahren zur Vermehrung von Mikroorganismen (z. B. Backhefeherstellung) und der Gewinnung verschiedener "Biotechnik Produkte" (z. B. Antibiotika, Enzyme, Aminosäuren und Citronensäure) durch den Einsatz spezieller Bakterienarten. Bei aeroben Prozessen wird zur Sauerstoffversorgung der Mikroorganismen Luft in die Fermenter eingeblasen. Die überschüssige Luft entweicht und bildet Schaum. Aerobe Prozesse sind in der Regel schaumintensiver, da die Menge der entweichenden Luft größer ist im Vergleich zur Gasmenge von Stoffwechselprozessen bei anaeroben Prozessen.
ANTIBIOTIKA
Bedeutend für den Einsatz von Entschäumern sind aerobe Fermentationen. Hierbei kann prinzipiell unterschieden werden in Verfahren zur Vermehrung von Mikroorganismen (z. B. Backhefeherstellung) und der Gewinnung verschiedener "Biotechnik Produkte" (z. B. Antibiotika, Enzyme, Aminosäuren und Citronensäure) durch den Einsatz spezieller Bakterienarten. Bei aeroben Prozessen wird zur Sauerstoffversorgung der Mikroorganismen Luft in die Fermenter eingeblasen. Die überschüssige Luft entweicht und bildet Schaum. Aerobe Prozesse sind in der Regel schaumintensiver, da die Menge der entweichenden Luft größer ist im Vergleich zur Gasmenge von Stoffwechselprozessen bei anaeroben Prozessen.
BIOETHANOL
Die Entstehung von Schäumen während der Produktion von Bioethanol wird im Wesentlichen verursacht durch die Anwesenheit von schaumaktiven Substanzen in den verwendeten Stubstraten (zucker-, stärkebasiert), z. B. Proteinen, sowie deren Abbauprodukte in Verbindung mit Strömungsturbulenzen in wässrigen Medien.
Struktol Entschäumer sind effektiv bei der Substrataufbereitung (Maische), der Hefeanzucht, während des Fermentationsbetriebes, sowie der Destillation. Empfohlen wird die Zugabe über ein automatisches Dosiersystem - gesteuert über Schaumsonden - direkt auf den Fermenterinhalt bzw. in die Zirkulationsleitung des Fermenters. Weitere Dosierstellen sind im Allgemeinen nicht erforderlich, da der Entschäumer durch den gesamten Prozess getragen wird. In gesonderten Fällen kann eine weitere Dosierung in der Destillation und / oder der Vinasseeindampfung erforderlich sein.
Die Dosiermengen hängen von verschiedenen Parametern ab. Die Prozessführung ist neben der Anwesenheit von schaumaktiven Substanzen wesentlich verbrauchsbestimmend - Batch Prozesse zeigen einen deutlich geringeren Verbrauch als Konti Prozesse. Darüber hinaus sind weitere Parameter, wie z. B. Fermenterfüllhöhe, Substratviskosität etc. entscheidend für den Entschäumerverbrauch.
Das effektivste Entschäumerprodukt, nötige Dosiermengen, sowie die am besten geeigneten Zugabestellen sind von den oben genannten Parametern abhängig und müssen individuell für jede Produktionsstätte duch Betriebsversuche ermittelt werden.
BIOGAS
Biogas entsteht bei der anaeroben Vergärung von organischem Material. Ausgangsstoffe sind gezielt angebaute Energiepflanzen wie Mais etc., bisher nicht genutzte Pflanzenteile, Gülle, Klärschlamm und sonstige Bioabfälle. Das organische Material wird durch Mikroorganismen abgebaut zu Biogas, einer Mischung aus vorwiegend Methan und Kohlendioxid. Das organische Material enthält meist auch schaumaktive Stoffe wie Proteine. Beim Entweichen dieser Gase aus dem Substrat kann bei gleichzeitiger Anwesenheit schaumaktiver Stoffe störender Schaum entstehen: im Fermenter, bei der Gewinnung des Biogases aus dem Substrat und bei der Gärrest-Eindampfung.
Die ausgewählten Struktol Entschäumer bieten ein ausgewogenes Verhältnis zwischen der Zerstörung bereits bestehenden Schaumes und Verhinderung der Schaumbildung sowie bei der Entgasung im Falle von hochviskosem Fermenterinhalt.
Wichtig ist eine gute Verteilung des Entschäumers im Fermenter. Die Zugabe erfolgt am besten gemeinsam mit der Substratzuführung. Bei der Gärrest-Eindampfung erfolgt die Zugabe vorzugsweise nach dem Dekanter und nach der Einstellung des pH-Wertes.
Die erforderliche Dosiermenge ist abhängig vom Ausmaß der Schaumentwicklung und sollte anhand von Vorversuchen in Erfahrung gebracht werden.
CITRONENSÄURE
Bedeutend für den Einsatz von Entschäumern sind aerobe Fermentationen. Hierbei kann prinzipiell unterschieden werden in Verfahren zur Vermehrung von Mikroorganismen (z. B. Backhefeherstellung) und der Gewinnung verschiedener "Biotechnik Produkte" (z. B. Antibiotika, Enzyme, Aminosäuren und Citronensäure) durch den Einsatz spezieller Bakterienarten. Bei aeroben Prozessen wird zur Sauerstoffversorgung der Mikroorganismen Luft in die Fermenter eingeblasen. Die überschüssige Luft entweicht und bildet Schaum. Aerobe Prozesse sind in der Regel schaumintensiver, da die Menge der entweichenden Luft größer ist im Vergleich zur Gasmenge von Stoffwechselprozessen bei anaeroben Prozessen.
ENZYME
Bedeutend für den Einsatz von Entschäumern sind aerobe Fermentationen. Hierbei kann prinzipiell unterschieden werden in Verfahren zur Vermehrung von Mikroorganismen (z. B. Backhefeherstellung) und der Gewinnung verschiedener "Biotechnik Produkte" (z. B. Antibiotika, Enzyme, Aminosäuren und Citronensäure) durch den Einsatz spezieller Bakterienarten. Bei aeroben Prozessen wird zur Sauerstoffversorgung der Mikroorganismen Luft in die Fermenter eingeblasen. Die überschüssige Luft entweicht und bildet Schaum. Aerobe Prozesse sind in der Regel wesentlich schaumintensiver, da die Menge der entweichenden Luft wesentlich größer ist im Vergleich zur Kohlendioxidmenge bei anaeroben Prozessen.
FRISCHHEFE
Entschäumer für Frischhefe: Struktol® J 633, Struktol® J 673 A, Struktol® SB 2020 und Struktol® SB 304
Produkte für die Hefeindustrie
Neben Entschäumern für Frischhefe bietet Schill + Seilacher "Struktol" GmbH weitere Hilfsmittel für die Hefe-Industrie an: Extrudierhilfsmittel und Emulgatoren für Nasshefe.
Extrudierhilfsmittel
Bekanntlich läßt sich Presshefe oft schlecht pfundieren, weil der Hefestrang sehr leicht reißt. Durch die Struktol Extrudierhilfsmittel verbessert man die plastischen Eigenschaften der Hefe, so dass man bei einem hohen Trockensubstanzgehalt noch einen glatten und bruchfesten Hefestrang erhält; außerdem kann die Geschwindigkeit der Strangpresse erhöht werden. Die Zugabe des Struktol Extrudierhilfsmittels erfolgt in den Extruder oder in die Strangpresse.
Vorteile beim Einsatz von Struktol Extrudierhilfsmitteln:
- Macht die Presshefe geschmeidig
- Dient als Gleitmittel beim Pfundieren
- Geruchlos
- Geschmacklos
- Erhöht die Pfundierungsgeschwindigkeit an der Maschine
Extrudierhilfsmittel: Struktol® PF, Struktol® PF A und Struktol® SB 420
Emulgatoren und Aufheller
Struktol Emulgatoren für Frischhefe bilden mit dem extrazellularen Wasser eine Emulsion, die die Hefe optisch aufhellt. Durch das Maskieren des extrazellularen Wassers wird die Haltbarkeit der Hefe erhöht und eine vorzeitige Autolyse wird verhindert. Um eine möglichst gute Verteilung zu erhalten und einer möglichen Marmorierung des Hefestranges vorzubeugen, ist es ratsam, Struktol Hefe-Emulgatoren vor dem Einsatz im Verhältnis 1:1 bis 1:3 mit Wasser zu verdünnen.
Vorteile beim Einsatz von Struktol Hefe-Emulgatoren:
- Macht die Festhefe geschmeidig
- Hellt die Hefe auf
- Schützt vor schnellem Austrocknen der Hefe
- Dient als Gleitmittel beim Pfundieren
- Geruchlos
- Geschmacklos
Emulgatoren und Aufheller: Struktol® J 600, Struktol® J 600 A und Struktol® SB 420