Was ist eine Blasensäule?
In der Herstellung von biotechnologischen und chemischen Produkten werden verschiedene Reaktoren eingesetzt. Bei einer Blasensäule handelt es sich um eine mit Flüssigkeit gefüllte Säule die vom unteren Ende mit Luftblasen durchströmt wird. Die Luftblasen erfüllen je nach Reaktion verschiedene Zwecke wie zum Beispiel die Durchmischung der Flüssigkeit oder die Versorgung der Reaktion mit Sauerstoff.
Bei dieser Art von Reaktor erfolgt die Energiezufuhr durch die dispergierte Gasphase. Durch die Begasung über einen Lochboden oder andere Vorrichtungen am Boden der Kolonne steigen Gasblasen durch die Kolonne auf und bilden eine Grenzfläche zwischen Gas- und Flüssigphase, die einen optimalen Gasaustausch ermöglicht. Die Gasphase gewährleistet im nachhaltigen Prozess also zwei Funktionen: Zum einen dient sie der Durchmischung der Reaktionsmedien mit nur geringen Auswirkungen auf die mechanische Stabilität des eingebrachten heterogenen Biokatalysators, zum anderen verschiebt sie das Reaktionsgleichgewicht zu Gunsten des Produktes durch in Entfernung des gebildeten Reaktionswassers.
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
Zuerst wird die Aquariumpumpe mit Hilfe eines Schlauchs, mit einem Strohhalm fest verbunden und auf Dichtigkeit geprüft. Des Weiteren ist es sinnvoll, in einem Vorversuch zuerst nur mit den beiden Flüssigkeiten und ohne das Enzym die Luftförderleistung der Pumpe zu überprüfen. So können Sie das eventuelle Überschwappen des Öl-Wasser-Gemisches vermeiden, indem Sie die Flüssigkeitsmenge anpassen. Die Durchmischung wird durch das Anschalten der Pumpe begonnen. Durch verschiedene Versuchsvariationen kann die Durchmischung und die Größe der Blasen optimiert werden. Hierzu können Sie sich das erste Video ansehen.
Hydrolysierung von Lipiden mit einer Lipase
Wenn Du die Vorversuche abgeschlossen hast, kannst Du die Lipase bzw. das Enzymgemisch mit Lipase in das Glas geben. Falls das Pulver in Kapseln gekauft wurde, die Kapseln aufbrechen und nur das Pulver benutzen. Ein Viertel des Glasvolumens mit Wasser füllen und kurz schwenken, so dass das Pulver gelöst oder gut suspendiert vorliegt. Danach ein zweites Viertel des Glasvolumens an Öl dazugeben und den an die Aquariumpumpe angeschlossenen Strohhalm tief an den Boden anbringen und dort fixieren.
Das kannst du noch ausprobieren:
- Die Durchmischung ist abhängig von dem Innendurchmesser des Strohhalms und der Luft-Pumprate. Experimentiere mit Strohalmen mit unterschiedlichem Innendurchmesser und, falls du eine regelbare Aquariumpumpe hast, reduziere die Pumpleistung.
- Experimentiere mit verschiedenen Materialien am Luftauslass des Strohhalms herum, um die Größe der Blasen zu variieren.
- Um die Effektivität der Durchmischung der beiden Phasen messbar zu machen, gebe deinem Versuchsaufbau einen bestimmten Zeitraum (2 Minuten), um die beiden Phasen zu durchmischen, und stoppe dann die Aquariumpumpe. Wie lange dauert es, bis die beiden Phasen wieder klar voneinander getrennt sind? Erkennst du einen Zusammenhang?