Development of immobilization and drying methods of enzymes on support particles for enzymatic gas-phase reactions

Trivedi, Archana Harendra; Büchs, Jochen (Thesis advisor)

Aachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University (2005)
Doktorarbeit

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2005

Kurzfassung

In dieser Forschungsarbeit wurden zwei mesophile Alkohol-Dehydrogenasen, die Backhefe-Alkohol-Dehydrogenase (YADH) und Lactobacillus brevis-Alkohol-Dehydrogenase (LBADH) sowie eine thermophile Alkohol-Dehydrogenase, die Thermoanaerobacte artige- Alkohol-Dehydrogenase (ADH T) durch physikalische Adsorptionsmethoden immobilisiert. Der Einfluss verschiedener Immobilisations- und Trocknungsparameter auf die Restaktivität und die Proteinbeladung der immobilisierten Enzyme wurden untersucht und festgestellt, dass die Optima der Bedingungen für alle Enzyme unterschiedlich waren. Bei opitimalen Immobilisierungsbedingungen lag die Restaktivität von YADH, LBADH und ADH T bei 80%, 316% und 325%. Die Hypothese, dass Dampfblasenbildung während des Niedrigdruck-Trocknungsprozesses ein Grund für den Verlust von Enzymaktivität sei, wurde bestätigt. Die Auswirkung von verschiedenen Reaktionsbedingungen in der Gasphase auf die Anfangsreaktionsgeschwindigkeiten und die Halbwertszeiten der Immobilisierung wurde untersucht. Es wurde beobachtet, dass die Zugabe eines entsprechenden Puffers (50 mM Phosphatpuffer, pH 7) oder einer optimierten Menge an Saccharose (Masse fünfmal größer als die des Proteins) während der Enzym-Immoblisierung die Halbwertszeiten unter Gasphasen-reaktionsbedingungen verlängern können. Die Anfangsreaktionsgeschwindigkeit und die Halbwertszeit der immobilisierten Enzyme bei Gasphasenreaktionsbedingungen wurden durch die Wasseraktivität signifikant beeinflusst. Für LBADH und ADH T wurde mit 0,55 die gleiche optimale Wasseraktivität gefunden. Bei den ermittelten optimierten Immoblisisations- und Gasphasen-reaktionsbedingungen wurde die Thermostabilität des ADH-Enzyms enorm gesteigert. Die Raum-Zeit-Ausbeute von (R)-Phenylethanol lag bei etwa 1000 g·l-1·d-1 mit LBADH und von (S)-Phenylethanol lag bei etwa 600 g·l-1·d-1 mit ADH T. Die Gesamtzahl der möglichen Zyklen von LBADH lag bei etwa 9x105 und von ADH T bei etwa 3x105.