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

Trivedi, Archana Harendra; Büchs, Jochen

doi:1084

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

Trivedi, Archana Harendra (Author)

2005

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Archana Harendra Trivedi

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2005

UmfangXV, 109 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2005

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Büchs, Jochen (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2005-03-24

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-20050864
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/62092/files/Trivedi_Archana.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik (416510)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Alkoholdehydrogenasen (Genormte SW) ; Immobilisierung (Genormte SW) ; Trocknung (Genormte SW) ; Alkohole (Genormte SW) ; Herstellung (Genormte SW) ; Gasphasenreaktion (Genormte SW) ; Enantioselektivität (Genormte SW) ; Enzymkatalyse (Genormte SW) ; Technische Chemie (frei) ; immobilization of enzymes for gas-phase reactions (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 660

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.

In this research work, two mesophilic alcohol dehydrogenases namely baker’s yeast alcohol dehydrogenase (YADH) and Lactobacillus brevis alcohol dehydrogenase (LBADH) and one thermophilic alcohol dehydrogenase namely Thermoanaerobacter species alcohol dehydrogenase (ADH T) were immobilized by physical adsorption method. The effects of various immobilization and drying process parameters on the residual activity and the protein loading of the immobilized enzyme preparation were studied and thereby different optimum preparations were observed for different enzymes. Under the optimum immobilization conditions the residual activity achieved with YADH, LBADH, and ADH T was about 80%, 316%, and 325%, respectively. The hypothesis of bubble nucleation as a cause for loss of enzyme activity during the low pressure drying process was verified. The effects of various gas-phase reaction conditions on the initial reaction rate and the half-life of the optimized preparations were also studied. It was observed that addition of a suitable buffer (50 mM phosphate buffer, pH 7) or an optimum amount of sucrose (5 times greater than the amount of protein on weight basis) during the enzyme immobilization enhanced the half-life of the immobilized enzymes in the gas-phase reaction. Water activity significantly influenced the initial reaction rate and the half-life of the immobilized enzyme preparations in the gas-phase reaction. The optimum water activity found for LBADH and ADH T was the same (0.55). Under the optimized immobilization and gas-phase reaction conditions the thermo-stability of the ADH enzymes was enhanced tremendously. The space-time yield of (R)-phenylethanol was about 1000 g l-1 d-1 with LBADH and the space-time yield of (S)-phenylethanol was about 600 g l-1 d-1 with ADH T. The total turn over number of LBADH was about and the same of ADH T was about.

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