Integration of reaction and product separation for tri-enzymatic catalyzed syntheses of high-value oligo-saccharides from sucrose
Biological Process Engineering
Final Report Abstract
Das Forschungsprojekt befasste sich mit der Umsetzung einer enzymatischen Katalyse von Laminaribiose aus Saccharose mit den Enzymen Saccharosephosphorylase, Glucoseisomerase und Laminaribiosephosphorylase mit reaktionsintegrierter Adsorption. Da die kommerziell erhältliche Glucoseisomerase eine deutlich geringere Aktivität zeigte sowie nicht eliminierbare Kontaminationen enthielt, wurde bei den folgenden Untersuchungen anstelle der trienzymatischen eine bienzymatische Synthese mit Saccharosephosphorylase und Laminaribiosephosphorylase realisiert. Dafür wurde zur Stabilisierung der Enzyme eine zweistufige Immobilisierungsmethode aus kovalenter Anbindung über Epoxygruppen auf einem Träger und anschließendem Einschluss in Chitosan entwickelt. Diese Methode ermöglichte die Herstellung von LP-Immobilisaten mit einer Halbwertszeit von (202 ± 13) h und SP-Immobilisaten mit einer Halbwertszeit von (115 ± 42) h unter Prozessbedingungen bei Saccharoseanwesenheit. Die Prozessbedingungen wurden nach Charakterisierung der LP-Immobilisate auf 0,05 M Natriumphosphatpuffer (pH 6) und 35 °C festgelegt. Untersuchungen zur Kinetik der Immobilisate, der Diffusion in Chitosan und zur reaktionsintegrierten Adsorption in Batchansätzen zeigten, dass die enzymatisch katalysierte Reaktion der geschwindigkeitsbestimmende Schritt ist. Für die Diffusion wurde ein Modell entwickelt, das die vorhandenen Grenzschichten berücksichtigt. Mit dem Zeolith BEA 150 wurde ein Adsorptionsmaterial gefunden, das sich noch besser für die Adsorption von Laminaribiose eignet als der angedachte Zeolith BEA 50. Für die Gewinnung von Laminaribiose wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem Laminaribiose in hoher Reinheit desorbiert werden kann. Das Modell des Gesamtsystems, das die Enzymkinetiken und die Adsorptionsgleichgewichte verbindet, kann die auftretenden Konzentrationen sowie die Beladungen der Zeolithe über 160 Stunden mit guter Näherung beschreiben.
Publications
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