Reaktionskinetische Experimente zur Lipase-katalysierten Hydrolyse von Rapsöl in Wasser-in-Öl-Emulsionen

Reaction kinetics studies of lipase-catalysed hydrolysis of rapeseed oil in water-in-oil emulsions

Mit zunehmender Knappheit an Energieressourcen und den daraus resultierenden hohen Energiekosten entwickelt sich ein Bedarf, energieintensive Verfahren der produzierenden Industrie durch Verfahren geringeren Energiebedarfs und höherer Produktselektivität zu ersetzen. In der stoffumwandelnden Industrie kommen als Substitutionsverfahren biokatalytische Prozesse in Frage. Als Voraussetzung für eine kommerzielle Anwendung von Enzymprozessen ist ein quantitatives und qualitatives Verständnis der grundlegenden physikalischen und chemischen Phänomene, die diesen Prozessen obliegen, notwendig. Die Hydrolyse von Ölen und Fetten ist ein Beispiel, bei dem die Produkte neben dem technisch etablierten Verfahren alternativ biokatalytisch herstellbar sind. Zur Reaktorauslegung sowie für eine optimale Prozessführung ist die Kenntnis der Reaktionskinetik notwendig. Die Kinetik dieser heterogenen Reaktion wird maßgeblich durch Qualität und Quantität der Phasengrenzfläche sowie dem Enzymverhalten (Aktivität, Stabilität) während der Reaktion bestimmt. Di
Mit zunehmender Knappheit an Energieressourcen und den daraus resultierenden hohen Energiekosten entwickelt sich ein Bedarf, energieintensive Verfahren der produzierenden Industrie durch Verfahren geringeren Energiebedarfs und höherer Produktselektivität zu ersetzen. In der stoffumwandelnden Industrie kommen als Substitutionsverfahren biokatalytische Prozesse in Frage. Als Voraussetzung für eine kommerzielle Anwendung von Enzymprozessen ist ein quantitatives und qualitatives Verständnis der grundlegenden physikalischen und chemischen Phänomene, die diesen Prozessen obliegen, notwendig. Die Hydrolyse von Ölen und Fetten ist ein Beispiel, bei dem die Produkte neben dem technisch etablierten Verfahren alternativ biokatalytisch herstellbar sind. Zur Reaktorauslegung sowie für eine optimale Prozessführung ist die Kenntnis der Reaktionskinetik notwendig. Die Kinetik dieser heterogenen Reaktion wird maßgeblich durch Qualität und Quantität der Phasengrenzfläche sowie dem Enzymverhalten (Aktivität, Stabilität) während der Reaktion bestimmt. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der phänomenologischen Beschreibung der Reaktionskinetik auf der Basis von kinetischen Untersuchungen für die biokatalytische Hydrolyse von Rapsöl in einer w/o-Emulsion (25 Vol.-% wässrige Phase). Dabei galt es, den Reaktionsfortschritt (Fourier-Transformations-Infrarot(FTIR)-Absorptionsspektroskopie) und die Phasengrenzfläche (Photonendichtewellen(PDW)-Spektroskopie) in hoher zeitlicher Auflösung zu messen sowie Einflüsse wie Temperatur, pH-Wert, Substratverhältnis und Rührergeschwindigkeit auf das Enzymverhalten zu bestimmen. Mit dem Ziel, eine wirtschaftliche Lipasekonzentration abschätzen zu können, wurden zudem Kenntnisse bezüglich des Lipase- und Fettsäureverhaltens an der Grenzfläche mittels der Pendant-Drop-Methode während der Reaktion gewonnen.
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With increasing lack of energy resources and therefore high energy costs, in the producing industry the need increases to substitute high energy-intensive processes with less energy-intensive and more product-selective processes. For chemical industries biocatalytic processes are typical substitution processes. Quantitative and qualitative understanding of physical and chemical phenomena occurring during the enzymatic reaction is necessary as precondition for industrial applications of biocatalysis. The hydrolysis of oils and fats producing fatty acids can be alternatively realised in a biocatalytic process. The knowledge of reaction kinetics is important for the reactor design procedure and the optimal process control. Reaction kinetics of this heterogeneous reaction is significant influenced by the quality and quantity of the interface and the enzyme behaviour (activity, stability) during the reaction. This work focuses on the phenomenological description of reaction kinetics of enzymatic hydrolysis in a water-in-rapeseed oil-emulsi
With increasing lack of energy resources and therefore high energy costs, in the producing industry the need increases to substitute high energy-intensive processes with less energy-intensive and more product-selective processes. For chemical industries biocatalytic processes are typical substitution processes. Quantitative and qualitative understanding of physical and chemical phenomena occurring during the enzymatic reaction is necessary as precondition for industrial applications of biocatalysis. The hydrolysis of oils and fats producing fatty acids can be alternatively realised in a biocatalytic process. The knowledge of reaction kinetics is important for the reactor design procedure and the optimal process control. Reaction kinetics of this heterogeneous reaction is significant influenced by the quality and quantity of the interface and the enzyme behaviour (activity, stability) during the reaction. This work focuses on the phenomenological description of reaction kinetics of enzymatic hydrolysis in a water-in-rapeseed oil-emulsion based on reaction kinetics studies. The most important reaction parameters were measured simultaneously in small time intervals: conversion (Fourier transform infrared (FTIR) absorption spectroscopy) and interfacial area (photon density waves spectroscopy). Furthermore the influence of temperature, pH-value, substrate ratio and agitation speed on the enzyme activity was investigated. For estimation of an economic enzyme concentration the behaviour of the enzyme and the fatty acid at the interface during the reaction using the pendant drop method was observed.
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Metadaten
Author:Saulich, Katja
URN:urn:nbn:de:kobv:co1-opus-5975
Advisor:Prof. Dr.-Ing. Schnitzlein, Klaus
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2009/02/26
Year of Completion:2008
Granting Fakulty:BTU Cottbus - Senftenberg, Fakultät für Umweltwissenschaften und Verfahrenstechnik
Date of final exam:2008/11/12
Release Date:2009/02/26
Tag:FTIR; Lipase; PDW-Spektroskopie; Pendant-Drop; Reaktionskinetik
FTIR; Lipase; PDW-Spectroscopy; Pendant-Drop; Reaction kinetics
GND Keyword:Hydrolyse; Rapsöl; Wasser-in-Öl-Emulsion
Institutes:LS Chemische Reaktionstechnik
Dewey Decimal Classification:660 Chemische Verfahrenstechnik

$Rev: 12793 $