Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum schnellen Einfrieren von Lösungen und Suspensionen, ωie sie insbesondere in der Biotechnologie, in der Nahrungs¬ mittelindustrie und in der chemisch-pharmazeutischen Industrie υorkommen.

Bisher wurden solche Produkte üblicherweise mit Hilfe von Gefrierωalzen eingefroren. Bei dieser Art des Einfrierens liegt das gefrorene Produkt in Form von schuppenähnlichen Teilchen vor. Nachteilig ist dabei, dass infolge der Schuppenform das Schüttvolumen verhältnismässig gross ist und zudem häufig ein Verkleben der Teilchen miteinander auf¬ treten kann.

Eine andere übliche Methode sind die sogenannten Platten- Gefrierer, bei denen das zu gefrierende Produkt zu Platten gefroren wird. Diese Platten sind aber häufig ungeeignet zur Weiterverarbeitung.

Beide Gefriermethoden haben noch den gemeinsamen Nachteil, dass die Kälte in der Nähe des Verarbeitungsortes mittels Kompressoren erzeugt werden muss.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das schnelle Ein¬ frieren von Lösungen und Suspensionen zu ermöglichen, ohne dass die Nachteile der bekannten Methoden auftreten.

Das neue Verfahren bietet darüberhiπaus Vorteile bei der Lyophylisation von Produkten, indem die Produktoberfläche wesentlich vergrössert ist.

Erfindungsgemäss wird dies durch ein Verfahren der eingangs genannten Art erreicht, bei dem das einzufrierende Produkt in ein verflüssigtes Gas tropfenförmig oder strahlartig aus einem Verteilsystem eingetragen wird, wobei die Tropfen oder Strahlen auf die Oberfläche des verflüssigten Gases fallen und dort gefrieren.

Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens besitzt dementsprechend eine Gefrierwaπne mit einem verflüssigten Gas und ein Verteilsystem mit einer über der Gefrierwanne angeordneten, mit Eintragsdüsen versehenen Produkteiπtrags- einrichtuπg.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Verteilsystem beheizt, um ein Einfrieren zu verhindern.

Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsfarm ist die Grosse der Eintragsdüsen verstellbar, um eine variable Pro¬ dukttropfengrössε oder Strahlbeschaffenheit zu erzielen.

Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine periodische oder kontinuierliche Entleerung der Sammelbehäl¬ ter vorgesehen, wobei während der Entleerung die Zuleitung gestoppt wird.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Flüssiggasniveau automatisch geregelt ist.

Im folgenden ist anhand der beiliegenden Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Es zeigen

Figur 1 eine schematische Darstellung einer

Fermeπtatioπsaπlage mit nachgeschalteter Gefriereinrichtung

Figur 2 einen Querschnitt durch das Verteilsystem und den Produkteiπtrag in das verflüssigte Gas nach Figur 1.

Die schematische Darstellung der Anlage in Figur 1 ist so gewählt, dass sie gleichzeitig ein Flussdiagramm der Ernte von intrazellulären oder extrazellulären Produkten einer Fermentation enthält. Im Anschluss an eine Fermentation oder Zellkultur 1 kann die Gärbrühe direkt eingefroren werden (A) oder eine Trennung in einer Zentrifuge 2 folgen, nach der das Zeπtrifugat (B) oder Sediment (C) eingefroren werden.

Da_s Zentrifugat kann vorgängig konzentriert und als Konzen¬ trat (D) eingefroren werden.

Die Gefriereinrichtung besteht im wesentlichen aus einem Flüssiggasbad, in welches das zu gefrierende Produkt tropfen- oder strahlförmig hineinfällt, so dass das Produkt 5 sofort durchgεfriert. Das Flüssiggasbad wird durch eine Wanne 9 gebildet, die mit einem verflüssigtem Gas 7 gefüllt ist. Als verflüssigtes Gas eignet sich in erster Linie flüs¬ siger Stickstoff, flüssige Luft, flüssige Edelgase etc..

Innerhalb der üJanne 9 befindet sich ein Siebkorb 10, dessen Maschengrösse kleiner ist als der Durchmesser der gebildeten Tropfen 5 bzw. Partikel. Der Siebkorb 10 wird periodisch aus dem Bad herausgehoben und in bereitstehende Lagerbehälter 11 entleer .

An der Wanne 9 ist eine Zuleitung 13 für das Flüssiggas v.αrgesehen, die mit einer Niveauregelung 12 verbunden ist.

Lieber dem Flüssiggasbad 7 befindet sich eine Produktεin- tragseinrichtung 4, die über eine Zuführungslεitung 3 mit dem vorhergεhεnden Prozessschritt, z.B. dεr Zentrifuge 2, verbunden ist. Die Produkteintragung kann über ein waagrecht angeordnetes, an beiden Enden verschlossenes Rohr 4 erfol¬ gen, das an seiner Unterseite in gleichmässigen Abständen voneinander Eintragsdüsen B aufweist.

Die Produkteintragseinrichtung 4 besitzt eine beheizte Dop- pelwaπd 15, damit sie auf einer Temperatur gehalten werden kann, bei der die Eiπtragsdüsen 8 nicht zufrieren.

Das Flüssiggasbad 7, die darüber angeordnete Produktein¬ tragseinrichtung 4 und die darunter befindlichen Lagerbe¬ hälter 11 sind von einem geschlossenen Gehäuse 14 umgeben, in dessen Innerem eine Gasatmosphäre des Gefriermittels herrsch .

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel besitzt die Wanne 9 ein Fassungsvermögen von etwa 30 1 flüssigem Stickstoff. Die Düsenöffnungeπ 8 haben einen Durchmesser zwischen 0,1 und 3 mm. Die Beheizung der Doppelwand 15 erfolgt -auf ca. 20-50 Grad C. Im Betrieb wird das Gefriergut durch die Zuführungs- leituπg in das Verteilsystem gepumpt ^' und von dort durch die Eintragsdüsen 8 gepres.st, durch die es in Tropfenform 5 oder als Strahl austritt. Die Produktteile 5 fallen auf die Ober¬ fläche des flüssigen Stickstoffs, verbleiben dort bis sie völlig durchgefroren sind und sinken dann ab. Sie werden in einem Siebkorb 10 gesammelt. In geeigneten Intervallen wird der Siebkorb 10 herausgehoben und in die Lagerbehälter 11 entleert. Während des Entleerens wird die Zufuhr des Ge¬ friergutes gestoppt. Das Entleeren und Stoppen des Gefrier¬ gutes werden in an sich bekannter Weise automatisch vorge¬ nommen. Das Niveau des flüssigen Stickstoffs wird mit der Niveauregelung 12 ebenfalls automatisch geregelt, so dass ein kontinuierlicher Betrieb gewährleistet ist.

Das Verfahren und die Vorrichtung nach der vorliegenden Er- f±nduπg eignen sich zum Gefrieren aller Lösungen und Suspen¬ sionen, bei denen es auf einen schnellen und schonendεπ Gefriεrvorgang und auf die leichte Handhabung und Weiter¬ verarbeitung des gefrorenen Gutes ankommt. Demzufolge eignet sich die Erfindung zum Gefrieren von Biomasse aus einer (kontinuierlichen) Zentrifugation von Fermentatioπεn und Zellkulturεn (Bakteriεn, Hεfεn, Tiεrzεllεn, Pflanzenzεllen) , Ueberständeπ aus Zentrifugationen oder Filtrationen, Blutserum, Hämoglobin, Enzymεn und Enzymkqnzεπtratεn, Aroma¬ konzentraten, konzentrierten oder verdünnten Fruchtsäftεn, chεmischen Reaktionsprpdukten und dergleichen mehr. Dabei ist es für die Herstellung von Proteinen durch rekomb _^ inante Technologie wichtig, durch Sauerstofffreie Prozesse die Bildung von Proteinsulfoxid zu verhindεrn.

Diε vorliεgεndε Gefriεreiπrichtung eignet sich im weitεrεn zum Ausdämpfεn , d.h. zum Abtöten von gεfährlichεn oder unerwünschten Organismen, sowie von rDNA-Organismen.