Feinblasen für biokatalytische Prozesse: Mikroskalige Phänomene und neuartige Anwendungen

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Liese; Professor Dr.-Ing. Michael Schlüter
• Fachliche Zuordnung: Bioverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 501131738

Biotransformationen, bei denen einer der Reaktanten über die Gasphase zugeführt wird, insbesondere im Falle von Oxidationen, stellen nach wie vor eine Herausforderung dar. Die Begasung enzymatischer Reaktionen mit Feinblasen, deren Durchmesser weniger als 100 µm beträgt, wurde untersucht, wobei der Schwerpunkt auf Hydrodynamik und Stofftransfereffekten sowie auf der Reaktionskinetik enzymatischer Systeme lag. Die grundlegenden wissenschaftlichen Fragen zu den lokalen Prozessen, die an der Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche einer sich auflösenden feinen Blase ablaufen, sind jedoch noch zu klären. Dies gilt umso mehr, wenn man sich mit der Wechselwirkung zwischen einer Feinblase und einem auf einer Oberfläche immobilisierten Enzym befasst, insbesondere vor dem Hintergrund, dass strukturierte Packungen als Trägermaterialien für Enzyme zunehmend an Bedeutung gewinnen. Es wird erwartet, dass die lokale Stoffübertragungsrate und der Sauerstoffkonzentrationsgradient an der Grenzfläche mit abnehmendem Blasendurchmesser stark durch den Laplace-Druck beeinflusst werden. Für stofftransportlimitierte enzymatische Reaktionen sind diese Stofftransportverbesserung und die Wechselwirkung zwischen den Enzymen und der Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche zentrale Aspekte, die die Effektivität der Reaktion beeinflussen. Mit Hilfe von laserinduzierten Fluoreszenzmessungen (LIF) können lokale Stofftransportphänomene untersucht werden. Mit Hilfe dieser Messungen soll der im Vorgängerprojekt nachgewiesene Effekt, dass Enzyme bei Begasung mit Feinblasen eine höhere Stabilität aufweisen als bei konventioneller Belüftung, analysiert werden. In diesem Zusammenhang werden die Bedingungen der Konzentrationsgrenzschicht auf die Denaturierung von Enzymen untersucht, um die Wirkmechanismen besser zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen