Voor veel aquarianen is (of wordt) bio-CO2 het eerste systeem om extra CO2 aan een aquarium toe te voegen. Ook ik heb er vroeger behoorlijk wat mee geprutst en ook op dit ogenblik staat een klein kweekbakje hier nog vrolijk op bio-CO2 te pruttelen.
Het grote voordeel van bio-CO2 is de prijs. Het is zeer goedkoop in de aanschaf! en redelijk goedkoop in het verbruik. Op deze pagina gaan we eens kijken wat er zoal bij bio-CO2 komt kijken en hoe we het beste zo’n systeem kunnen opzetten en aan de praat kunnen houden. En op het internet zijn genoeg pagina’s te vinden waarin de opzet van een bio-CO2 systeem uit de doeken wordt gedaan. Toch mis ik soms nog wat aanvullende informatie. Dus daarom deze pagina
Gisting, de basics
Als we een Bio-CO2 systeem toepassen dan schakelen we eigenlijk bacterien in die voor ons CO2 maken. Welke bacterien zijn het eigenlijk en welke bacteriele processen spelen zich daarbij eigenlijk af?.
Voor het maken van een bio-CO2 cultuur wordt meestal bakkersgist gebruikt. Dit is in de meeste supermarkten wel te krijgen. Dit bakkersgist zijn eigenlijk onze bacterien maar dan in gedroogde vorm. Wanneer we die in wat water stoppen dan worden ze weer actief en beginnen voedingstoffen op te nemen om te groeien. In onze bio-CO2 is de voedingsstof dus het toegediende suiker.
De in het bakkersgist aanwezige bacterie is een gistbacterie die bekend is onder de naam Saccharomyces cerevisiae. In de grafieken hieronder zien we de groeifases van deze gistbacterie. Horizontaal zijn het aantal uren uitgezet en verticaal het percentage bacterien ten opzichte van de maximale kolonie grootte.
De groeifases van Saccharomyces cerevisiae.
- 1. Opstartfase
De kolonie start niet met nul bacterien, maar met het aantal bacterien dat je in het begin toevoegt. Hoe meer gist je toevoegt des te sneller start het systeem op. In het begin moeten de gistbacterien wat acclimatiseren en blijft de celdeling nog even uit tot ze zich aan de nieuwe omstandigheden hebben aangepast. - 2.Groeifase
Al na een paar uur beginnen de gistcellen zich sterk te vermeerderen. Het aantal cellen stijgt exponentieel! Elke 90-120 minuten verdubbelt zich het aantal bacterien. - 3. Groei-afbouwfase
Bij een goede cultuur zijn de bacterien met een dag al aardig op peil en vlakt de groei af. - 4. Stationaire fase
In de tweede grafiek met een wat langere tijdschaal is te zien dat de cultuurgrootte nu een langere tijd constant blijft. - 5.Eindfase
De bacteriecultuur neemt af doordat de omstandigheden in het mengsel voor hun ongunstig wordt. Hoe dit komt dat zullen we zo gaan bekijken. Na 336 uur (ca. 14 dagen) is de productiviteit nog maar de helft en snel dalend.
De opstart en groeifase
Vooral de opstart en de groeifase zijn erg belangrijk bij bio-CO2 als hier iets niet klopt dan zal je geen of weinig CO2 uit je systeem halen. In de opstart en groeifase moeten de gistbacterien zich zeer sterk gaan vermenigvuldigen en daar hebben ze de juiste omstandigheden voor nodig! Hoe meer gistbacterien in je fles des te groter de CO2 produktie. Belangrijke faktoren hierin zijn:
- Een goede temperatuur
- Te koud en de kweek komt te traag op gang en levert te weinig CO2. Te warm en de kweek komt te snel op gang levert eventjes veel CO2 maar valt al snel dood. Een goed temperatuursgebied is zo tussen 22-28 C
- Voldoende en het goede voedsel
Ja dit klinkt logisch, daar dienen we toch het suiker voor toe. Maar gisten hebben nog meer nodig dan alleen suiker! Ook fosfor, stikstof en verschillende sporenelementen zijn onmisbaar. Een bio-CO2 kweekje opzetten met bijvoorbeeld osmosewater en suiker lukt dus niet. Er moet ook ander voedsel aanwezig zijn. Als je aquariumwater gebruikt om een kweek op te zetten zit je meestal aardig goed. Maar meer daarover straks. - Voldoende zuurstof
In de fases 1 en 2, dus de opstart en groeifasen leven onze cerevisiae’tjes in een zuurstofrijke omgeving. Dankzij die zuurstofrijke omgeving kunnen ze snel groeien. Is er te weinig zuurstof dan is er al snel sprake van een anaerobe omgeving en loopt de groei al in de groeifase terug, resultaat te weinig CO2. In fase 4 en 5 is er sprake van een anaerobe omgeving benodigd voor de produktie van alcohol en CO2 maar anaerobe omstandigheden wil je zeker in die beginfase nog niet. Dus begin met zuurstofrijk water!!
Zuurstof In de opstart- en groeifase wordt de aanwezige zuurstof door de gistcellen gebruikt om verzadigde vetzuren om te zetten naar onverzadigde vetzuren. En die vetzuren worden door de cerevisiae’tjes weer gebruikt voor celmembramen en hormonen. Te weinig zuurstof en de celproduktie loopt dus in de beginfase al vast. We kunnen door voor we een kweek opstarten de fles goed te schudden of te beluchten ervoor zorgen dat er voldoende zuurstof aanwezig is. Wanneer de kweek eenmaal loopt dan wordt de zuurstof zeer snel opgebruikt. Al na een paar uur hebben we anaerobe omstandigheden!
Voldoende en het goede voedsel
Wat hebben onze gistvrienden nu eigenlijk nodig?
Nou da’s een hele verlanglijst! Gistcellen zelf kennen de volgende samenstelling
- Eiwitten (45-60%)
- Koolhydraten (25-35%)
- Vetten (4-7%)
- Anorganische elementen (6-9%)
De voornaamste voeding voor gistcellen zijn koolhydraten in de vorm van suikers. En dan voornamelijk laag moleculaire suikers zoals glucose, sucrose, maltose en fructose. Dan verder natuurlijk elementen zoals:
|
|
Alleen suiker als voeding is dus niet voldoende. Nu zit in kraanwater ook nog wel wat stoffen als nitraat en fosfaat maar zodra dat verbruikt is zal de groei van de gistbacterien stagneren. Daarom is het vaak ook beter om gewoon aquarium water toe te voegen. Daarin zitten vaak meer voedingstoffen dan in kraanwater.
Maar, ook het gebruik van aquariumwater heeft zijn nadeel. Daarin zitten ook gewone bacterien. En die groeien soms sneller als de gistbacterien. Zeker als de omstandigheden optimaal zijn. En zo kunnen die de gistbacterien verdringen. Een alternatief is dan om gewoon bacteriearm (het is niet bacterievrij!) kraanwater te gebruiken en hieraan wat extra voeding toe te voegen. Ikzelf gebruik hiervoor een heel klein beetje POKON. Meer daarover later.
De gisting
Zo, we hebben genoeg zuurstof, suiker en andere elementen toegevoegd. De temperatuur van het water is goed. Dan kan het feest gaan beginnen! Na een korte periode beginnen de gistcellen zich te delen en dat gaat zo’n elke 90-120 minuten zo door. Da’s een aardig snelle groei. Al spoedig, en da’s al na een paar uur!, zitten ze met miljoenen en miljoenen in het water de suiker op te eten. En de eerste CO2 begint al wat uit het water omhoog te borrelen. Omdat ze in het begin zuurstof opnemen wordt dat al snel minder en het water wordt van aeroob (zuurstofrijk) nu anaeroob (zuurstofloos)
De groei loopt dan terug en we komen in een stabielere situatie waarbij de suiker onder anaerobe omstandigheden wordt omgezet in ethylalcohol en in CO2. En om dat laatste is het ons natuurlijk te doen!! Daarvan willen we zo lang mogelijk en zoveel mogelijk hebben! De chemische reactie onder zuurstofloze omstandigheden ziet er als volgt uit:
Glucose  Alcohol + Kooldioxide + Energie
C6H12O6 |
We zien dus uit die reactievergelijking van hierboven een paar dingen.
- Er komt energie vrij. De reaktie produceert dus wat warmte.
- Er wordt alcohol gevormd. Dus hoe meer suiker er wordt omgezet des te meer alcohol komt er in het water.
- Door het proces wordt er CO2 gevormd.
Nou, dit proces wordt ook wel gisting genoemd en komt dus voor bij het maken van wijn, bier en zelfs brood (De luchtige structuur komt door het CO2). Zo hebben we met bio-CO2 dus een klein brouwerijtje aan onze bak hangen. Proost!!
Blijft die gisting nou gewoon doorgaan tot alle suiker op is?
Nou dat kan, als er weinig suiker is opgelost zal op den duur alle suiker opgegeten zijn en stopt de gisting. Maar er is nog een beperkende faktor en dat is de alcohol!
Alcohol als rem op de gisting
Door het gistingsproces wordt er alcohol geproduceerd en zo stijgt langzaam het alcoholpercentage in het water. Nou houden die gistingsbacterien eigenlijk niet zo van alcohol ondanks dat ze het zelf maken. Net zoiets zien we ook bij bacterien die ammoniak e.d. naar nitriet omzetten. Die kunnen ook niet goed tegen nitriet zelf. Afijn, bij onze cerevisiae’s geldt hetzelfde. Zodra er ongeveer 8% alcohol in het water aanwezig is dan vinden ze het welletjes en loopt de gisting terug. De CO2 produktie neemt af en stopt dan tenslotte. Daarom heeft het ook geen zin extra veel suiker toe te voegen. Dan wordt niet de suiker de beperkende faktor maar het alcoholpercentage en blijft de rest van de suiker ongebruikt.
Hoe weten we nu of het alcoholpercentage of de suiker de beperkende faktor is? Nou dat kunnen we meten aan de hand van de dichtheid van het water.
- Dichtheid water 1000 kg/m3 Gewoon water
- Water met 20% suiker erin. De dichtheid is 1040-1050 kg/m3
- Water zonder of met weinig suiker en alcohol. De dichtheid is ca. 990 kg/m3
Met een aerometer, oftewel dichtheidsmeter, zoals die ook door zeewateraquarianen wordt gebruikt kunnen we dit mooi meten en weten we of we een goede gisting hebben gehad en de volgende keer meer of minder suiker moeten toevoegen. De recepten op de nog komende pagina zijn zo samengesteld dat de suiker aan het eind vrijwel helemaal is verbruikt. De aanschaf van zo’n meter is dus niet echt nodig.
Is aan het eind van de gisting (CO2 produktie) de dichtheid hoger dan 1000 kg/m3 dan weten we dus dat er nog suiker over is gebleven. Dit kan komen door een te hoog alcoholpercentage of een tekort aan voedingsstoffen.
Ah, zeg je dan, maar in sommige wijnen en bier zit toch meer als 8% alcohol?
Dat klopt. Die 8% grens geldt voor de gistbakterien van bakkersgist, de Saccharomyces cerevisiae. Maar er zijn andere gistbacterien die hogere alcoholpercentages verdragen. die kunnen wel 12-15% alcohol aan voor de gisting stopt. Dus als we die gistbacterien gebruiken dan kunnen we dus langer met een kweek doen?, ja dat is inderdaad zo. Maar erg veel scheelt het nu ook weer niet en het gist is een stuk duurder. Gebruiken we toch die champagnegisten dan moeten we er wel rekening mee houden dat omdat ze langer doorgaan met gisten ze ook wat meer suiker nodig hebben. Anders stoppen ze net als de gewone gistbakterien omdat de suiker op is terwijl ze eigenlijk vanwege het alcoholpercentage nog wel even door konden gaan. Een recept voor champagne gist is dus wat anders als een recept voor bakkersgist. (Vooral wat meer suiker).
Het verlengen van de gisting
Hoe langer de gisting duurt des te langer wordt er CO2 geproduceerd. En dat scheelt weer mooi in het zeulen met water en omschakelen van flessen. Nou kunnen we wel door de voedingselementen behalve suiker te beperken er voor zorgen dat er relatief weinig gistcellen zijn. Dan doen die lekker lang met de suiker. Maar veel CO2 krijgen we dan ook niet. Wat we eigenlijk willen is een constante produktie van CO2 over een langere periode.
We zagen al dat we de tijdsduur van de gisting wat kunnen verleggen door champagnegist te gebruiken of andere gisten die een hoog alcoholpercentage verdragen. Maar dat scheelt maar een paar dagen. En dat helpt nou ook niet echt. Een andere en betere methode is er voor te zorgen dat die gistcellen niet alle suiker vooral in het begin oppeuzelen maar dit wat geleidelijker doen.
We moeten er dus voor zorgen dat de suiker niet in een keer wordt toegedient maar over een langere periode geleidelijk aan het water wordt afgegeven. Nou voor je begint te denken aan allerlei ingewikkelde pomp en doseersystemen (dat kan ook!) Er is een simpeler methode en dat is door de suiker in een gelei te stoppen. De suiker wordt dan geleidelijk uit de gelei aan het water afgegeven en op deze manier kunnen we de standtijd van zo’n gisting verlengen van ca. 14 dagen naar 3-4 weken. En da’s wel de moeite waard vind ik zelf. Ook hiervoor geven we straks een recept.
Maar nou is het even genoeg geweest. Op de volgende nog komende pagina behandelen we wat verschillende recepten en bekijken we de opzet van de hardware van een bio-CO2 systeem. Hierbij zullen we zien dat de werking niet veel hoeft onder te doen voor een gasfles, het is alleen wat meer onderhoudswerk. Ennnn……..in een later artikel zullen we zien dat zo’n bio-CO2 systeem ook nog zo te maken is dat zich automatisch het gewenste CO2 gehalte in de bak insteld en we dus geen pH-controller nodig hebben. En dat systeem werkt nog supersimpel ook!
Nog alle zaken kort op een rijtje voor een goed bio-CO2 systeem:
|
