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Biotechnologie für Chemiker, Teil 11

Downstream-Processing, Part VI

Membranverfahren, die Elektrodialyse

Eine Variante der Dialyse, die den Effekt des elektrischen Feldes ausnutzt, ist die Elektrodialyse. Hier werden polare bzw. bipolare Membranen eingesetzt, die aus Anionen- bzw. Kationenaustauschern bestehen. Das einfachste Verfahren beinhaltet drei Kammern (es können ansonsten auch mehr sein) und je drei Kationen- und Anionen-Austauscher-Membranen, die abwechselnd angeordnet sind (siehe angegebenen Link mit Abbildung).

https://www.fumatech.com/Startseite/Membranverfahren/Verfahrensbeschreibung/Bipolare-Membrantechnologie/index.html

Wird ein elektrisches Feld angelegt, dann erfolgt die Elektrolyse von Wasser, aber auch die Wanderung von Ionen entsprechend ihrer Ladung (in diesem Beispiel Natrium- und Sulfat-Ionen), so dass nach einer gewissen Zeitspanne in einer Kammer Schwefelsäure und in einer anderen Kammer Natronlauge entnommen werden kann. Wenn zwei Kationen- und Anionenaustauscher-Membranen „zusammengeschoben“ werden, handelt es sich um eine bipolare Membran.

Für biotechnologische Anwendungen ist dieses Verfahren insofern interessant und wichtig, weil damit wässrige Lösungen entsalzt werden können. Dies bedeutet für die Aufarbeitung von Fermenterbrühen, dass ein neutrales, also ungeladenes, Produkt auf diese Art und Weise von, bei der Fermentation anwesenden, Salzen befreit werden kann.

Durch das elektrische Feld und die Kationen- und Anionenaustauscher-Membranen wandern entsprechend geladene Teilchen bzw. Ionen in Richtung der jeweiligen Elektrode und werden einmal durchgelassen, ein anderes Mal aber nicht. So verarmt der Raum, aus dem diese Teilchen kommen, an geladenen Teilchen (Entsalzung), währenddem sich auf der jeweiligen Seite in Richtung Anode bzw. Kathode Anreicherungen an Ionen mit entsprechender Ladung ergeben.

Neben dem Effekt der Entsalzung kann die Elektrodialyse auch für die Herstellung von Basen und Säuren, wie z. B. Natrium-Lactat oder Milchsäure verwendet werden. Auch Aminosäuren können so über den pH-Wert des isoelektrischen Punkts getrennt werden, ganz ähnlich zur Elektrophorese. Molke, die für die Herstellung von Lactose und auch Proteinen wichtig ist, wird auf diesem Wege entmineralisiert. Das Verfahren der Elektrodialyse kann auch sowohl kontinuierlich, als auch diskontinuierlich betrieben werden.

Anwendungen:

https://hescon-gmbh.de/de/content/103/65/elektrodialyse

https://de.wikibrief.org/wiki/Electrodialysis

Biotechnologie für Chemiker

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