Entwicklung stabiler Enzympräparate zur Verwendung als industrielle Biokatalysatoren
Wiemann, Lars Ole - Technische Universität Berlin (2010)
Charakteristische Probleme, die sich häufig in technischen Prozessen bei der Verwendung adsorptiv an Träger gebundener Enzyme wie Lipasen ergeben, sind eine allmähliche Desorption der Enzyme im Reaktionsverlauf (Enzymleaching) sowie eine unzureichende mechanische Stabilität unter starken Scherbelastungen. Diese Limitierungen können bei kontinuierlicher oder repetitiver Nutzung zu Schwierigkeiten bei der Prozessführung und zu deutlichen Abnahmen der Katalysatorstandzeiten führen.
In der vorliegenden Arbeit wurde eine neue Methode zur Stabilisierung von Enzymimmobilisaten entwickelt. Diese ermöglicht eine Erhöhung der mechanischen Stabilität und schützt zugleich vor Enzymleaching, ohne jedoch dadurch drastische Aktivitätseinbußen zu verursachen. Als Beispiel für ein gängiges Enzymimmobilisat diente das kommerzielle Lipasepräparat Novozym 435 (adsorptiv an Polymethylmethacrylat-Träger gebundene Lipase B aus Candida antarctica), das mit 2-Komponenten-Siliconsystemen beschichtet wurde. Bei der Beschichtung füllt das Silicon das gesamte Porenvolumen der Partikel auf und bewirkt so eine Erhöhung der strukturellen Partikelintegrität und verhindert desorptionsbedingte Enzymverluste.
Die erzielten Aktivitätsausbeuten bei der Estersynthese von Propyllaurat mit siliconbeschichtetem Novozym 435 liegen mit 35-60 % ebenfalls in einem für technische Anwendungen interessanten Bereich. Auf Basis dieser Ergebnisse wurde versucht, das Beschichtungsverfahren im Hinblick auf ein mögliches Scale-up weiter zu entwickeln. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Verwendung eines Wirbelschichtreaktors, in dem die Silicone via Zweistoffdüse auf die fluidisierten Partikel aufgebracht wurden, zu reproduzierbaren Beschichtungsresultaten führte. Ferner konnte exemplarisch gezeigt werden, dass die neu entwickelte Methode zur Siliconbeschichtung mit Einschränkungen auch auf weitere Enzymimmobilisate wie Lipase-, Esterase-, Protease- und Laccasepräparate, übertragen werden konnte. Demnach ist davon auszugehen, dass die in dieser Arbeit entwickelte Beschichtungsmethode einen Beitrag zur Etablierung und Ausweitung enzymkatalysierter Prozesse auf industrieller Ebene leisten wird.