Kan gær bruges til andet end brød?

OBS: For at lave et fuldt kontrolleret forsøg skal I arbejde med variabelkontrol. Det betyder, at I kun må ændre på én ting (den uafhængige variabel) ad gangen, mens alt andet holdes fuldstændigt konstant.

Klassen deles op i tre ekspertgrupper, der hver undersøger én uafhængig variabel:

1. Ekspertgruppe A (Temperatur): Undersøger respirationen ved f.eks. 10C (isvand), 25C (stuetemperatur), 40C og 70C (meget varmt). Konstant: pH (neutral) og sukkerkoncentration (5%).
   
2. Ekspertgruppe B (pH-værdi): Undersøger respirationen ved f.eks. pH 3 (sur, eddike), pH 7 (neutral, vand) og pH 10 (basisk, natronvand). Konstant: Temperatur (35C) og sukkerkoncentration (5%).
   
3. Ekspertgruppe C (Glukosekoncentration): Undersøger respirationen med f.eks. 0% sukker (kontrol), 2% sukker, 5% sukker og 15% sukker. Konstant: Temperatur (35C) og pH (neutral).

Fremgangsmåde:

1. Opløs 5g gær i 100 mL vand, der er justeret til netop jeres gruppes krav (f.eks. den rigtige temperatur, pH eller sukkerkoncentration).
2. Hæld gærblandingen over i et reagensglas eller en lille plastflaske.
3. Træk hurtigt en ballon over flaskehalsen, og fastgør den evt. med en elastik, så gassen ikke slipper ud.
4. Start stopuret. Mål ballonens omkreds med et målebånd hvert 2. minut i 15 minutter for at måle gasudviklingen (CO₂).
5. (Valgfrit mikroskop-trin): Tag en enkelt dråbe af gærvæsken, læg den på et objektglas med en dråbe methylenblå, og læg dækglas på. Kig på cellerne under stor forstørrelse. De celler, der er farvet helt blå, er døde (da de ikke kan pumpe farvestoffet ud), mens de klare/hvide celler er levende og aktive!

I det første forsøg kiggede vi på gassiden (CO₂) af gærcellernes respiration. Men gæringen (den anaerobe respiration uden ilt) har også et flydende biprodukt: ethanol (alkohol).

Glukose (C₆H₁₂O₆) -> 2 x Ethanol (C₂H₅OH) + 2 x Kuldioxid (CO₂)

For at bevise, at der rent faktisk er lavet alkohol, og for at isolere det, skal I igennem to klassiske proces-trin, som efterligner industrien:

1. Gæringen (Anaerobe forhold)

Gærceller producerer kun alkohol, når de mangler ilt (anaerobe forhold).

1. Bland en større portion gærvæske i en stor kolbe (f.eks. 15g gær, 15g sukker og 250 mL lunt vand).
2. Sæt en gærlås (en prop med slange til et glas med fx CO₂-indikator, eller en tæt ballon) på kolben, så CO₂ kan slippe ud, men der ikke kan komme ny ilt ind.
3. Lad kolben stå lunt i mindst 2-3 dage (eller til næste lektion). Gæren vil nu have omdannet sukkeret til en svag “gær-øl” med en alkoholprocent på ca. 5-10%.

2. Destillation – Isoler alkoholen

Da alkohol koger ved en lavere temperatur end vand, kan vi adskille de to væsker ved at koge blandingen.

1. Filtrér gærblandingen igennem et kaffefilter, så I fjerner de fleste gærceller. Hæld den klarede væske over i destillationskolben.
2. Tilsæt et par pimpsten (så væsken ikke koger eksplosivt).
3. Tænd for opvarmningen og hold skarpt øje med termometret. Vigtigt: Alkohols (ethanols) kogepunkt er 78C, mens vands er 100C.
4. Opsaml de dråber, der kondenserer og drypper ud af svalerøret, så længe temperaturen ligger stabilt omkring 78-83C. Når temperaturen begynder at stige tæt mod 100C, skal I stoppe opvarmningen, da det nu kun er rent vand, der fordamper.

3. Eftervisning: Har vi lavet biobrændstof?

I har nu opsamlet et klart destillat. Men er det alkohol? Det kan I teste på tre måder:

• Brandtesten: Hæld et par dråber af jeres destillat op i en urteskål eller petriskål. Sæt forsigtigt en tændstik til. Hvis væsken brænder med en svag, næsten usynlig blå flamme, har I succesfuldt produceret brændbar alkohol!
• Lugttesten: Tag en dyb indånding over kolben – dufter det af husholdningssprit eller hospital?
• Måleudstyr: Brug et alkoholmeter, som sættes i destillatet, og viser alkoholprocenten.

For at kunne sammenligne jeres resultater på tværs af klassen, skal I behandle jeres rådata i regneark:

• Indtast jeres målinger i det hentede måleskema.
• Beregn gennemsnittet: Da I har kørt flere forsøg (replikationer) i gruppen, skal I bruge formlen =AVERAGE() (eller =MIDDEL()) til at beregne gennemsnittet for jeres målinger over tid.
• Lav et diagram: Markér jeres gennemsnitsdata, og indsæt et punktplot med jævne kurver (X-Y-graf). Tiden skal være på x-aksen, og ballonens omkreds (eller gasvolumen) skal være på y-aksen.
• Sammenlign kurverne: Hvilken temperatur/pH/sukkerkoncentration fik kurven til at stige hurtigst? Hvornår fladede den ud?

• Gasart: Hvilken gas blev der dannet og hvorfor?
• Optimum vs. Denaturering: Hvorfor gik gæringen helt i stå ved 70C?
• Bioteknologi i industrien: Hvordan bruger virksomheder som f.eks. Novonesis eller Novo Nordisk denne viden?
• Mikroskoperingens funktion: Hvis I kiggede i mikroskopet: Hvor stor en procentdel af cellerne var reelt levende (klare) under de forskellige ekstreme forhold? Kan vi bruge farvning til at kvalitetssikre en biologisk produktion?
• Fra sort til grøn energi: Hvordan kan vi erstatte fossile brændstoffer med bioethanol lavet på restprodukter fra landbruget (f.eks. halm)?
• Arealudnyttelse og fødevaremangel: Er det et etisk problem at bruge landbrugsjord på at dyrke afgrøder (f.eks. majs), som vi laver om til biobrændstof (1. generations bioethanol), i stedet for mad? Hvordan løser nyere bioteknologi dette (2. generations bioethanol)?

Når store bioteknologiske virksomheder skal producere alt fra insulin til bæredygtigt flybrændstof og enzymer til vaskepulver, bruger de ikke store, osende kemikaliefabrikker. De bruger levende celler – som f.eks. gær – som bittesmå biologiske fabrikker.

Gærceller er levende organismer, og deres respiration (gæring) styres af proteiner, der kaldes enzymer. Men ligesom mennesker arbejder enzymer og gærceller kun optimalt under helt bestemte forhold. Hvis det er for koldt, falder produktionen i søvn. Hvis det er for varmt eller syrligt, ødelægges (denaturerer) enzymerne, og cellerne dør.