Was ist eine Blasensäule?
Bei der Herstellung biotechnologischer und chemischer Produkte kommen verschiedene Reaktoren zum Einsatz. Eine Blasensäule ist eine mit Flüssigkeit gefüllte Säule, durch die Luftblasen vom unteren Ende her aufsteigen. Die Luftblasen erfüllen je nach Reaktion verschiedene Zwecke, wie z. B. das Mischen der Flüssigkeit oder die Versorgung der Reaktion mit Sauerstoff.
Bei dieser Art von Reaktor wird die Energieversorgung durch die dispergierte Gasphase bereitgestellt. Gas wird durch eine Lochplatte oder andere Vorrichtungen am Boden der Säule eingeleitet, wodurch Gasblasen durch die Säule aufsteigen und eine Grenzfläche zwischen der Gas- und der Flüssigphase bilden, die einen optimalen Gasaustausch ermöglicht. Die Gasphase erfüllt somit zwei Funktionen im nachhaltigen Prozess: Zum einen dient sie dazu, die Reaktionsmedien zu mischen, wobei die mechanische Stabilität des verwendeten heterogenen Biokatalysators nur geringfügig beeinträchtigt wird. Zum anderen verschiebt sie das Reaktionsgleichgewicht zugunsten des Produkts, indem sie das gebildete Reaktionswasser entfernt.
Benötigte Materialien:
• Aquariumpumpe (schon für einige Euro in einem Zoofachgeschäft)
• Klares Glas mit geraden Wänden (z. B. Kölschglas, Vase) 200 – 400 mL
• Strohhalme (länger als die Höhe des Glases sein sollten und am besten einen knickbaren Bereich besitzen)
• Schläuche
• Öl (z.B. Sonnenblumenöl, Rapsöl oder Olivenöl)
• Wasser
• Lipase bzw. Enzymgemisch mit Lipase aus dem Drogeriemarkt oder Internetshop
Versuchsbeschreibung
Zunächst wird die Aquarienpumpe mit Hilfe eines Schlauchs an einen Strohhalm angeschlossen und auf Dichtheit überprüft. Außerdem ist es sinnvoll, zunächst die Luftförderleistung der Pumpe in einem Vorversuch nur mit den beiden Flüssigkeiten und ohne das Enzym zu überprüfen. So kann man durch die Anpassung der Flüssigkeitsmenge ein Überlaufen des Öl-Wasser-Gemischs vermeiden. Das Mischen beginnt, wenn die Pumpe eingeschaltet wird. Durch Variation der Versuchsbedingungen können das Mischen und die Blasengröße optimiert werden. Im ersten Video erfahrst du, wie das geht.
Hydrolysierung von Lipiden mit einer Lipase
Sobald du die Vorversuche abgeschlossen hast, kannst du die Lipase oder die Enzymmischung mit Lipase in das Glas geben. Wenn das Pulver in Kapseln gekauft wurde, brich die Kapseln auf und verwende nur das Pulver. Fülle ein Viertel des Glasvolumens mit Wasser und schwenke es kurz, damit sich das Pulver auflöst oder gut verteilt wird. Füge dann ein zweites Viertel des Glasvolumens Öl hinzu und befestige den Strohhalm, der mit der Aquarienpumpe verbunden ist, am Boden des Glases und fixiere ihn dort.
Das kannst du noch ausprobieren:
- Die Mischung hängt vom Innendurchmesser des Strohhalms und der Luftpumpenrate ab. Experimentieren Sie mit Strohhalmen mit unterschiedlichen Innendurchmessern und reduzieren Sie die Pumpenrate, wenn Sie eine einstellbare Aquarienpumpe haben.
- Experimentiere mit verschiedenen Materialien am Luftauslass des Strohhalms, um die Größe der Blasen zu variieren.
- Um die Effektivität der Vermischung der beiden Phasen zu messen, gib deinem Versuch eine gewisse Zeit (2 Minuten), um die beiden Phasen zu vermischen, und schalte dann die Aquarienpumpe aus. Wie lange dauert es, bis sich die beiden Phasen wieder klar voneinander trennen? Erkennst du einen Zusammenhang?