VL 6: Immobilisierung

physikalische Abgrenzung oder Lokalisierung von Enzymen in einem begrenzten Raum unter Erhalt der katalytischen Aktivität

Chemische Fixierung:

• Heterogene Katalyse (Katalysator = Enzym = Feststoff, Reaktanden flüssig oder gasförmig)

Physikalischer Einschluss:

• Homogene Katalyse (Katalysator und reaktanden in der gleichen Phase)

1. Präzipitation des Enzyms durch Zugabe von Salzen, organischem Lösungsmittel oder Polymeren

2. Enzyme präzipitieren in nativer Konformation zu unlöslichen Aggregaten

3. Häufig mit Ammoniumsulfat (verschiedene Proteine fallen bei unterschiedlichen Salzkonzentrationen aus, durch schrittweise Erhöhung der Konz. - fraktionierte Fällung möglich (anti-chaotropisches Salz, hilft beim aussalzen in nativer Form weil es hydrophobe WW verstärkt)

4. Quervernetzung übr Glutaraladehyd (trägerfrei)

5. Proteine werden unmittelbar untereinander mit bifunktionellen Reagenzien quervernetzt (Am häufigsten glutaralaldehyd über lysinreste (Aldehydgruppen reagiren mit Aminogruppen)

-> optimales Fällungsmittel nicht vorhersehbar

-> Fällung kann zu Aktivitätssteigerung führen

• Die Fixierung von Enzymen an Trägermaterial kann auf Basis verschiedener physikalischer WW (Absorption, ionische WW oder Komplexbildung)noder durch kovalente Bindung erfolgen

• Mikrovekapselung

  • “hohles Mikropartikel, bestehend aus einer festen Hülle. die einen Kern-bildenen Raum umgibt, der dauerhaft oder temporär eingeschlossene Substanzen zur Verfügung steht”

• Ker-Hülle-Verkapselung (zb Einschluss in Liposomen)

• Matrixverkapselungen, bei denen der Einschluss durch die Ausbildung von polymeren Netzwerken realisiert wird

  -> für Anwendungen in enyzmatischen prozessen wesentlich bedeutnder

  
  

westentlicher unterschied zur Trägerfixierung ist, dass bei erster vorgefertigte Materialien verwerdent werden, während sich das Polymernetzwerk beim Enzymeinshluss erst in Gegenwart des Enzyms bildet

• Einschluss der Enzyme in hochporöse Silica-Sol-Gelen z.B aus TMOS oder TEOS

• Aleternativ: Verwendung von semipermeablen Membransystemen

• Semipermeable Membransysteme

• Enzymmembranreaktoren werden in der regel Konvektiv betrieben, da der diffusive Betrieb zu langsam ist und dahe zu deutlich niedrigerer Produktivität führt

Konfiguration von Membranreaktoren:

• Bei Rührkesselreaktoren können die Enzyme entweder innerhalb des reaktors durch eine Membran zurückgehalten

• oder

• in einem externen Membranmodul von der Reaktionslösung abgetrennt und in den reaktor zurückgeführt werden

• können mit anderen Membranmodulen kombiniert werden