BE1 Batch-Enzymreaktor Didaktische Ausrüstung Berufsausbildungsausrüstung Biochemisches Ingenieurwesen
BESCHREIBUNG
Ein Batch-Enzymreaktionssystem, das die industriell wichtige Glucoseisomerisierungsreaktion (Umwandlung von Glucose in Fructose) nutzt, die durch Glucoseisomerase katalysiert wird.
Der Zweck der Einheit besteht darin, die Kinetik und Eigenschaften von Batch-Enzymen zu demonstrieren.
Die Reaktion findet in einem Rührgefäß statt, wobei der Rührer selbst ein poröser Korb ist, in dem das Enzym immobilisiert ist.
Ein in die Einheit integriertes Polarimeter überwacht die Glucose- und Fructosekonzentrationen im Zeitverlauf.
Der Batch-Enzymreaktor (BE1) führt den Schüler in die Grundlagen der Batch-Enzymkatalyse ein. Er besteht aus einer Tischeinheit, auf der ein Reaktorgefäß montiert ist, in dem die durch Glucoseisomerase vermittelte Reaktion stattfindet. Der Reaktor selbst besteht aus klarem Acryl, was eine gute Sicht ermöglicht. Ein kreuzförmiger Impeller aus Edelstahlgewebe hält das immobilisierte Enzym zurück und ermöglicht gleichzeitig eine effiziente Mischung mit dem flüssigen Reaktanten (Glucoselösung).
Das Laufrad hat eine variable Geschwindigkeit und die Reaktionstemperatur wird mithilfe von zwei Heizgeräten und einem im Reaktor montierten Temperatursensor aufrechterhalten. Diese sind mit einem PID-Regler verbunden, der so programmiert ist, dass er die gewünschte Solltemperatur aufrechterhält. Sicherheitsverriegelungen verhindern, dass die Heizgeräte aktiviert werden, wenn der Flüssigkeitsstand im Reaktor niedrig ist oder das Laufrad inaktiv ist.
Eine kontinuierliche Probenahmeschleife, die von einer Schlauchpumpe angetrieben wird, entnimmt Flüssigkeit aus dem Reaktor und leitet sie in einen Rohrschlangen-Wärmetauscher, wo sie gekühlt wird. Sie wird dann durch ein Polarimeter geleitet, wo der Drehwinkel des polarisierten Lichts gemessen wird. Anhand dieser Winkelmessung kann die Konzentration sowohl des Glucose-Reaktanten als auch des Fructose-Produkts bestimmt werden. Dadurch sind keine manuellen Glucose-Tests mehr erforderlich. Das Messsystem basiert auf der Tatsache, dass sowohl Glucose- als auch Fructose-Lösungen Strahlen polarisierten Lichts rotieren lassen, Glucose nach rechts und Fructose nach links. Die Polarimetrie-Messmethode ermöglicht es, den Reaktionsverlauf online zu überwachen.
Die Polarimetereinheit besteht aus einer länglichen optischen Durchflusszelle, die zwischen zwei Polarisationslinsen montiert ist, von denen eine fest ist (Polarisator) und die andere frei rotieren kann (Analysator). An der Außenseite des Polarisators befindet sich eine Lichtquelle und an der Außenseite des Analysators ein Detektor, der die Intensität des emittierten Lichts erkennt, das durch beide Polarisationslinsen und das Probenröhrchen gelangt ist.
An den Analysator ist ein Winkelmessgerät angeschlossen. Sowohl die optische Übertragung als auch der Drehwinkel werden an elektronische Anzeigen auf der Steuerkonsole weitergeleitet.
TECHNISCHE DATEN
Eine Tischeinheit, bestehend aus einem vakuumgeformten ABS-Kunststoffsockel mit integrierter elektrischer Konsole, auf der der Probenentnahmekreis des Rührreaktorbehälters mit Schlauchpumpe, Rohrschlangen-Wärmetauscher und Polarimeter montiert ist
Ein Temperatursensor und eine Heizung, die im Reaktorbehälter montiert und mit einem PID-Regler zur genauen Regelung der Reaktionstemperatur verbunden sind
Ein Polarimeter zur Messung der optischen Transmission und des Drehwinkels
Schutzvorrichtungen für alle elektrischen Schaltkreise
Drei Anzeigen: PID-Temperaturregelung (Reaktortemperatur), Anzeige für Drehwinkel, Anzeige für optische Transmission oder Temperatur am Polarimeter
Sensorsignale werden an den USB-Anschluss weitergeleitet, um eine Verbindung zu einem (vom Benutzer bereitgestellten) PC herzustellen
Umfassende Bedienungsanleitung mit detaillierten Laborübungen
Unterrichtsmöglichkeiten:
– Grundsätze der Batch-Enzymkinetik
– Faktoren, die die Enzymleistung beeinflussen
– Grundsätze der Polarimetrie und des Biot-Savart-Gesetzes
Experimenteller Inhalt
UNTERRICHTSÜBUNG ENTHALTEN, UM STUDENTEN MIT DEN FOLGENDEN THEMEN VERTRAUT ZU MACHEN:
Bestimmung von Michaelis-Menten-Konstanten und spezifische Enzymaktivität durch Michaelis-Menten- und Lineweaver-Burk-Diagramme
Bestimmung von Glucose- und Fructosekonzentrationen durch Polarimetrie
Auswirkung von Umgebungsbedingungen (pH-Wert und Temperatur) auf die Enzymaktivität
Demonstration des Biot-Savart-Gesetzes
Verständnis der Prinzipien der Batch-Enzymkinetik
Verständnis der Faktoren, die die Enzymleistung beeinflussen
Verständnis der Prinzipien der Polarimetrie und des Biot-Savart-Gesetzes
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