@phdthesis{Rudolf2024, author = {Rudolf, Jan}, title = {Entwicklung eines Horizontal-Laminar-Fluss-Reaktors zur Untersuchung der lipasekatalysierten Hydrolyse von Triglyceriden}, doi = {10.26127/BTUOpen-6789}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-67894}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2024}, abstract = {Um die technische Nutzung und die Vergleichbarkeit der grenzfl{\"a}chenaktivierten Lipase aus dem Mikroorganismus Thermomyces lanuginosus zu verbessern, sollten die kinetischen Parameter unter Ber{\"u}cksichtigung der Gr{\"o}ße der reaktiven Grenzfl{\"a}che und der Stofftransportvorg{\"a}nge in Grenzfl{\"a}chenn{\"a}he ermittelt werden. Da bisher keine Versuchsanordnung die M{\"o}glichkeit zur parallelen Reaktionsuntersuchung und zur Str{\"o}mungsuntersuchung von Fl{\"u}ssig-Fl{\"u}ssigphasenreaktionen bot, wurde der Horizontal-Laminar-Fluss-Reaktor (HLFR) entwickelt und wesentliche Aspekte der Entwicklung eingehend beschrieben. Die Innovation des Reaktors bestand darin, dass eine kontinuierliche parallele Str{\"o}mung zweier nicht mischbarer fluider Phasen erm{\"o}glicht wurde. An einer gemeinsamen Phasengrenzfl{\"a}che mit einer konstanten Grenzfl{\"a}chengr{\"o}ße konnte die enzymatische Umsetzung stattfinden. Um den HLFR f{\"u}r eine kinetische Untersuchung anzuwenden, wurde das Mischungsverhalten mithilfe von Verweilzeitverteilungskurven aufgenommen und die Versuchsanordnung als Reaktorschaltung modelliert. Hierbei zeigte sich, dass unter Anwendung einer vergleichbaren Reaktionskinetik der Gesamtreaktor als kontinuierlich ger{\"u}hrter Satzreaktor modelliert werden kann. Zur Untersuchung der Stofftransporteinfl{\"u}sse auf die Reaktion sollte neben der Konzentrationsuntersuchung die Str{\"o}mungsvorg{\"a}nge innerhalb der Phasen messtechnisch zug{\"a}nglich gemacht werden. Aufgrund der begrenzten geometrischen Abmessungen wurde auf die Particle-Imaging-Velocimetry zur{\"u}ckgegriffen. Notwendige Anpassungen an der Versuchsanordnung zur Integration der Messmethode und eine Validierung der Str{\"o}mungsmessung wurden detailliert beschrieben. Anschließend an die Entwicklung der Versuchsanordnung wurde am Beispiel der Lipase aus dem Mikroorganismus Thermomyces lanoginosus die Bestimmung der kinetischen Parameter f{\"u}r die Hydrolyse von nativen Raps{\"o}l mithilfe eines Michaelis-Menten-Ansatzes mit kompetitiver Produkthemmung durchgef{\"u}hrt. Die Ermittlung des Reaktionsfortschritts erfolgte durch Messung der Konzentration der freien Fetts{\"a}uren in der {\"O}lphase durch nicht w{\"a}ssrige Titration. Zur Berechnung der kinetischen Parameter wurde sowohl die Differentialmethode als auch die Integralmethode angewendet. Parallel wurden die gewonnenen Daten mit den beobachteten Str{\"o}mungsprofilen der PIV-Messung kombiniert und ein m{\"o}glicher Einfluss der Schubspannung in Grenzfl{\"a}chenn{\"a}he als maßgeblicher Faktor f{\"u}r die effektive Reaktionsgeschwindigkeit diskutiert. Des Weiteren konnte eine bereits durch die Literatur beschriebene Abh{\"a}ngigkeit zwischen dem Str{\"o}mungszustand im Reaktionssystem und der Reaktionsgeschwindigkeit best{\"a}tigt werden. Als Ergebnis der Untersuchung wurde f{\"u}r die untersuchte Lipase unter Anwendung von nativen Raps{\"o}l als Substrat eine maximale Reaktionsgeschwindigkeit von 2,1 mmol/m^2min und eine Inhibierungskonstante f{\"u}r das Produkt von 6,88 mol/m^3 ermittelt.}, subject = {Thermomyces lanoginosus; PIV; Zweiphasenstr{\"o}mung; Two-phase-flow; Lipase; Lipase; Zweiphasenstr{\"o}mung; Rohrreaktor; Hydrolyse; Reaktionskinetik}, language = {de} }