Verfahrenstechnik der Gefriertrocknung und Bedeutung des Glaszustands als Stabilisierungsmechanismus bei Mikroorganismen

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Ulrich Kulozik
• Subject Area: Biological Process Engineering
• Term: from 2008 to 2010
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 63711129

Bei der Trocknung und anschließenden Lagerung von Mikroorganismen kommt es zu einem Vitalitätsverlust der Kulturen. Um destabilisierende Einflüsse auf die lebenden Organismen zu minimieren, werden Schutzstoffe wie z.B. Disaccharide zugegeben. Bisherige Ergebnisse zeigen zwar, dass die Anwendung von Schutzstoffen zu einer höheren Aktivität von Mikroorganismen nach der Trocknung und zu einer verbesserten Lagerstabilität führt. Es ist jedoch nicht möglich, die experimentell ermittelten Ergebnisse zu generalisieren. Es fehlt das Verständnis über die grundlegenden Schutzmechanismen für diese komplexen Systeme und über das Zusammenspiel zwischen verfahrenstechnischen Parametern und dem Schutzpotenzial der Schutzstoffe, das für eine zielgerichtete Verfahrensführung der Trocknung und Lagerung von Mikroorganismen erforderlich ist. Ein theoretisch vorgeschlagener, jedoch für Mikroorganismen bisher nicht erforschter Schutzmechanismus von Zuckern ist die Ausbildung einer Glasmatrix, in der destabilisierende Reaktionen während der Trocknung und Lagerung aufgrund der hohen Viskosität des Systems stark verzögert ablaufen. Die Hypothese ist, dass Mikroorganismen ebenso wie isolierte Modellproteine oder Liposomen durch Übergang von Sacchariden in den Glaszustand vor Destabilisierung der Zellhülle geschützt werden. Unter dieser Annahme kommt den verfahrenstechnischen Parametern während der Trocknung sowie den Lagerungsbedingungen im Hinblick auf den Glaszustand eine entscheidende Rolle zu. Die wesentlichen Ziele des Projektes sind: Erarbeiten des Zusammenhangs zwischen Glasübergangstemperatur, Zusammensetzung und Restwassergehalt (Zustandsdiagramme) von getrockneten Zell-Schutzstoff-Präparationen als Grundlage für die Auswahl geeigneter Prozessparameter Entwicklung von Modellen zur Vorhersage der Temperaturabhängigkeit der Inaktivie-rungsgeschwindigkeit von Mikroorganismen im Glas- und Rubberzustand Ableitung der Bedeutung des Glaszustands als Schutzmechanismus bei der Trocknung und Lagerung lebender Mikroorganismen.

• DFG Programme: Research Grants
• Participating Person: Professorin Dr.-Ing. Petra Först