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Document Type
Keywords
- Adsorption (1)
- Carbon material (1)
- Covalent immobilization (1)
- Heterogeneous catalysis (1)
- Immobilisierung Enzyme (1)
- Lipase (1)
- poröses Kohlenstoffmaterial (1)
Institute
BTU
Control of porosity and composition of carbon based catalysts prepared by template assisted routes
(2015)
Hierarchically structured, porous carbon materials (PCM) were synthesized by sucrose infiltration into template material and subsequent carbonization. Three porous carbon materials were prepared using porous concrete (PCM-01) or silica gel (PCM-02 and 03) as template. Carbon particles from 125 to 200 μm were generated. Surface carboxylic group density was determined with 1.1 mmol/g dry material for each variant. Firstly, tailor-made PCM was evaluated as suitable support for lipase immobilization. Recombinant produced lipase of Thermomyces lanuginosus (TLL) was used as model enzyme. Two independent crude immobilization strategies were applied. Residual activities of up to 8.6 U/g and 31 U/g dry material for adsorptive and covalent immobilization (linkage via EDC) were achieved, respectively. Additionally, TLL was immobilized on commercially available polymethacrylate support showing similar residual lipase activities. Secondly, covalent immobilization was optimized to generate reproducible, highly stable and active immobilizates. Optimized covalent immobilizates showed residual activities of up to 10 U∙g⁻¹ dry carbon material using p-nitrophenyl-palmitate assay and protein loads of up to 45 mg g⁻¹dry carbon material. Covalent bound TLL-PCM showed storage stability for 12 months, remaining 100% of the initial activity. Operational stability resulted in stable and 100% active immobilizates over five consecutive cycles of use. Experiments showed that tailor-made porous carbon material is a promising support for lipase immobilization, which is adaptable in shape and dimension.
Zur Immobilisierung von Enzymen kann man Träger kaufen oder diese selbst herstellen. In früheren Arbeiten wurde ein Verfahren entwickelt, um hochporöse Kohlenstoffmaterialien in beliebigen Dimensionen herzustellen. Als Modell-Enzym zur Immobilisierung wurde die Thermomyces lanuginosus Lipase (TLL) gewählt, die adsorptiv und kovalent an das Material sowie an zwei käufliche Trägermaterialien
auf Polymethacryl-Basis (Funktionalitäten: Ethylendiamin- bzw. Diolgruppen)gebunden werden sollten. Es wurden Kohlenstoffgranulat (d = 125 –200 mm) und zylindrische Monolithe (h = 4 cm; d = 1 cm) synthetisiert. Die adsorptive Immobilisierung ergab am Kohlenstoffgranulat Aktivitäten von bis zu 2,5Ug⁻¹ gegenüber p-Nitrophenyl Palmitat (pNPP). Bei den zwei käuflichen Materialien
wurden Aktivitäten von bis zu 1,8Ug⁻¹ erreicht. Mit der kovalenten Immobilisierung konnten Aktivitäten von bis zu 10Ug⁻¹ am Kohlenstoffmaterial sowie dem Polymethacryl-Material (–OH funktionalisiert) gegenüber pNPP erreicht werden. Das Kohlenstoffmaterial ist ein geeigneter Träger für die TLL, der im Vergleich mit gängigen Materialien Aktivitäten in der gleichen Größenordnung zulässt. Das Porenvolumen des Materials sowie die
Makroporosität könnten erhöht werden, um Diffusions- und Durchströmungsbarrieren im Monolithen abzubauen.