Ćwiczenie 10 I. Wprowadzenie. II. Wykonanie ćwiczenia

Ćwiczenie 10
dr Sławomir Wierzba, dr Teresa Fabiszewska
Katedra Biotechnologii i Biologii Molekularnej, Uniwersytetu Opolskiego
I. Wprowadzenie.
Najstarszym procesem biotechnologicznym stosowanym powszechnie już w starożytności była biosynteza
etanolu. Etanol jest bezbarwną cieczą o gęstości 789,4 kg/m3 wrzącą w temperaturze 78,40C pod normalnym
ciśnieniem (0,1013 Mpa). Etanol jest bardzo ważnym surowcem w przemyśle chemicznym, oraz
rozpuszczalnikiem o szerokim zastosowaniu. Najtańszą metodą wytwarzania etanolu jest fermentacja etanolowa.
Surowce służące do otrzymywania etanolu w wyniku fermentacji dzielimy na dwie grupy:
− zawierające cukry proste i dwucukry.
− zawierające wielocukry.
Mikroorganizmami powszechnie stosowanymi do biosyntezy etanolu są drożdże: Saccharomyces cerevisiae i
Saccharomyces sake. Katabolizm cukrów w drożdżach prowadzi do wytworzenia prawie wyłącznie jednego
produktu. W warunkach beztlenowych jest to etanol. Mechanizm fermentacji etanolowej po raz pierwszy ujął
ilościowo Gay – Lussac.
C6H12O6
→2C H OH + CO
2
5
2
ΔH = -84 kJ/mol
Na przebieg fermentacji alkoholowej wpływa:
- kwasowość (optymalne pH = 4,5 – 4,7)
- temperatura (optymalna 30 – 400C)
- substrat
- stężenie cukru (max 20% cukru)
- etanol (max stężenie 12% - 20%)
- pożywka (nieorganiczne źródło azotu, fosforany) – głównie fosforan amonu
II. Wykonanie ćwiczenia
Do kolby poj. 250 cm3 wprowadzić 160 ml soku winogronowego, jabłkowego lub ok. 20% roztworu
sacharozy (roztwór należy przygotować samemu), 5 ml hodowli drożdży Sacharomyces cerevisiae, lub 0,5g
liofilizatu drożdży, oraz 0,5 g fosforanu amonu.
2. Oznaczenie ekstraktu.
Metoda areometryczna
Cukromierzem (areometrem Hallinga) oznaczyć zawartość ekstraktu w roztworze – wartość zapisać (10 Blg
odpowiada w przybliżeniu 10g cukru w 1 dm3 roztworu).
Jeżeli ilość cukru jest mniejsza niż ok. 20% - sok należy dosłodzić sacharozą do uzyskania
wymaganego stężenia cukru i ponownie dokonać pomiaru cukromierzem!!!
3. Kolbę zamknąć korkiem z rurką fermentacyjną. Rurkę wypełnić woda wapienną, następnie sprawdzić
szczelność układu (rysunek).
1.
RYSUNEK
Ćwiczenie 10
dr Sławomir Wierzba, dr Teresa Fabiszewska
Katedra Biotechnologii i Biologii Molekularnej, Uniwersytetu Opolskiego
Podpisany układ: imię i nazwisko, grupa, kierunek i rok studiów, data nastawienia układu, odstawić w
miejsce wskazane przez prowadzącego na 1-2 tygodnie (temp. 20 0C).
5. Po upływie 1-2 tygodni, do kolby destylacyjnej odmierzyć cylindrem miarowym 150 ml roztworu.
Zmontować zestaw do destylacji prostej i po uruchomieniu przepływu wody przez chłodnicę ostrożnie
prowadzić destylację zbierając destylat do kolbki lub zlewki o pojemności do 100 ml. Destylacje zakończyć
po uzyskaniu ok. 25-50 ml destylatu. Pozostałość w kolbie destylacyjnej pozostawić do oznaczenia
ekstraktu rzeczywistego.
6. Oznaczanie mocy:
Metoda areometryczna
Otrzymany destylat przelać do cylindra i zmierzyć zawartość alkoholu za pomocą areometru Trallesa
(alkoholomierza). Jeżeli oznaczenie areometryczne wykonane było w temperaturze odmiennej od wskazanej
na alkoholomierzu (200C), sprowadzić odczyt do temperatury normalnej (wprowadzić poprawkę posługując
się odpowiednimi tablicami).
4.
Metoda piknometryczna
Czysty i suchy piknometr zważyć na wadze analitycznej, następnie napełnić go wodą destylowaną o
temperaturze 200C i ponownie zważyć (ilość ważonej wody musi być równa objętości otrzymanego
destylatu). Tak samo postąpić z otrzymaną pozostałością destylatu – napełnić piknometr i zważyć.
Gęstość destylatu (d) obliczyć ze wzoru:
d=
P1 – P2 + m
P2 – P0 + m
P0 – masa piknometru pustego [g]
P1 – masa piknometru z destylatem o temperaturze 200C [g]
P2 – masa piknometru z wodą o temperaturze 200C [g]
m – poprawka na ważenie w powietrzu, która wynosi 0,0012
Na podstawie gęstości destylatu odczytać zawartość alkoholu etylowego z tablic.
7. Oznaczanie ekstraktu rzeczywistego
Metoda areometryczna
Pozostałość po destylacji przelać do cylindra miarowego, dopełnić wodą do objętości 150 ml, a następnie
oznaczyć zawartość ekstraktu rzeczywistego za pomocą cukromierza (aerometru Ballinga).
8. Po zapisaniu obserwacji i wniosków umyć używane szkło laboratoryjne
(obserwacje i wnioski muszą być podpisane przez prowadzącego).
Sprawozdanie do ćwiczenia
9. Obliczenia:
− w oparciu o zawartość ekstraktu przed i po destylacji obliczyć na podstawie poniższego równania reakcji
stężenie etanolu wytworzonego przez drożdże
C12H22O11 + H2O → 4C2H5OH + CO2
−
w oparciu o moc uzyskanego destylatu (metody areometryczna i piknometryczna) obliczyć stężenie
etanolu wytworzonego przez drożdże
Ćwiczenie 10
dr Sławomir Wierzba, dr Teresa Fabiszewska
Katedra Biotechnologii i Biologii Molekularnej, Uniwersytetu Opolskiego
III. Zagadnienia teoretyczne:
3
4
5
6
7
8
9
1. Fermentacja alkoholowa.
2. Destylacja prosta.
3. Charakterystyka drożdży i bakterii używanych w produkcji etanolu.
4. Temperatura wrzenia.
5. Stężenie procentowe.
Materiał do ćwiczeń (zapewnia student): 150 cm3 soku owocowego klarownego (jabłkowy, winogronowy)