Refine
Document Type
- Doctoral thesis (1)
Has Fulltext
- yes (1)
Is part of the Bibliography
- no (1)
Year of publication
- 2024 (1)
Language
- German (1)
Keywords
- Hydrolyse (1)
- Lipase (1)
- PIV (1)
- Reaktionskinetik (1)
- Rohrreaktor (1)
- Thermomyces lanoginosus (1)
- Two-phase-flow (1)
- Zweiphasenströmung (1)
Institute
Um die technische Nutzung und die Vergleichbarkeit der grenzflächenaktivierten Lipase aus dem Mikroorganismus Thermomyces lanuginosus zu verbessern, sollten die kinetischen Parameter unter Berücksichtigung der Größe der reaktiven Grenzfläche und der Stofftransportvorgänge in Grenzflächennähe ermittelt werden. Da bisher keine Versuchsanordnung die Möglichkeit zur parallelen Reaktionsuntersuchung und zur Strömungsuntersuchung von Flüssig-Flüssigphasenreaktionen 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 Strömung zweier nicht mischbarer fluider Phasen ermöglicht wurde. An einer gemeinsamen Phasengrenzfläche mit einer konstanten Grenzflächengröße konnte die enzymatische Umsetzung stattfinden. Um den HLFR für 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 gerührter Satzreaktor modelliert werden kann. Zur Untersuchung der Stofftransporteinflüsse auf die Reaktion sollte neben der Konzentrationsuntersuchung die Strömungsvorgänge innerhalb der Phasen messtechnisch zugänglich gemacht werden. Aufgrund der begrenzten geometrischen Abmessungen wurde auf die Particle-Imaging-Velocimetry zurückgegriffen. Notwendige Anpassungen an der Versuchsanordnung zur Integration der Messmethode und eine Validierung der Strömungsmessung wurden detailliert beschrieben.
Anschließend an die Entwicklung der Versuchsanordnung wurde am Beispiel der Lipase aus dem Mikroorganismus Thermomyces lanoginosus die Bestimmung der kinetischen Parameter für die Hydrolyse von nativen Rapsöl mithilfe eines Michaelis-Menten-Ansatzes mit kompetitiver Produkthemmung durchgeführt. Die Ermittlung des Reaktionsfortschritts erfolgte durch Messung der Konzentration der freien Fettsäuren in der Ölphase durch nicht wässrige Titration. Zur Berechnung der kinetischen Parameter wurde sowohl die Differentialmethode als auch die Integralmethode angewendet. Parallel wurden die gewonnenen Daten mit den beobachteten Strömungsprofilen der PIV-Messung kombiniert und ein möglicher Einfluss der Schubspannung in Grenzflächennähe als maßgeblicher Faktor für die effektive Reaktionsgeschwindigkeit diskutiert. Des Weiteren konnte eine bereits durch die Literatur beschriebene Abhängigkeit zwischen dem Strömungszustand im Reaktionssystem und der Reaktionsgeschwindigkeit bestätigt werden. Als Ergebnis der Untersuchung wurde für die untersuchte Lipase unter Anwendung von nativen Rapsöl als Substrat eine maximale Reaktionsgeschwindigkeit von 2,1 mmol/m^2min und eine Inhibierungskonstante für das Produkt von 6,88 mol/m^3 ermittelt.