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Projekt
Während der Spühtrocknung von Proteinen werden thermische und mechanische Belastungen auf Proteine ausgeübt, die zu einer Proteindegradation führen. Diese werden mit in-situ Messungen der Größe, der Temperatur des Tropfens und der Denaturierungskinetik erforscht.
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Lutz Mädler; Dr.-Ing. Thomas Wriedt
Fachliche Zuordnung
Mechanische Verfahrenstechnik
Förderung
Förderung von 2016 bis 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 315006086
Proteinverarbeitung und Proteinformulierung beruht oft der Entfernung überschüssigen Wassers. Sprühtrocknung ist eine der am häufigsten verwendeten Grundoperationen zur Erzeugung von stabilen Proteinpulvern. Beim Sprühtrocknen wird eine Stammlösung zerstäubt. Durch die folgende Verdampfung erhöht sich die Proteinkonzentration in den Tropfen. Während des Trocknungsprozesses werden thermischen und mechanischen Belastungen auf die Proteine ausgeübt, die zu einer Proteindegradation führen können. Abhängig von den polaren Gruppen der Proteine werden sie an der Luft Wasser Grenzfläche adsorbiert, wodurch eine Schicht von Proteine an der Oberfläche entsteht, die zur Proteinentfaltung beiträgt.Ein grundlegendes Verständnis der Mechanismen der Proteindegradation ist wichtig, um ein Sprühtrocknungsverfahrens auslegen zu können. Die Kinetik der thermischen und mechanischen Belastungen auf Protein bei der Sprühtrocknung ist jedoch noch nicht auf der Einzeltropfenebene hinreichend verstanden. Bisher gibt es gibt keine Studie über die zeitaufgelöste Kinetik der Denaturierungsprozesse an einzelnen Tropfen. Experimente an Einzeltropfen haben sich als gängige Technik erwiesen, um die Grundlagen der Sprühtrocknung zu untersuchen. In Rahmen dieses Vorhabens sollen Einzeltropfenexperimente mit einem piezoelektrischen Tropfengenerator in einer Trockenkammer durchgeführt werden. Die Tropfengröße wird mit einer High Speed Kamera und mit Mie Scattering Imaging gemessen. Diese Streulichtmethode liefert auch Informationen über die Bildung von Aggregaten und Niederschlag innerhalb eines Tropfens. Zusätzlich sollen das Temperaturprofil und Proteinkonzentrationsprofil innerhalb eines verdampfenden Tropfens mit der Regenbogenmesstechnik bestimmt werden. Fluoreszenzspektroskopie mit spezifischen Fluoreszenzfarbstoffe soll genutzt werden, um online die Entfaltung und Denaturierung von Proteine zu untersuchen.Das Ziel des Vorhabens ist eine Korrelation zwischen den Parametern des Sprühtrocknungsverfahrens wie Tropfengröße, Proteinkonzentration, Gaszusammensetzung und Gastemperatur um die Denaturierungskinetik zu ermitteln. Unsere Hypothese ist, dass zeitaufgelöste, in situ Messungen der Tropfengröße, der Temperaturverteilung innerhalb eines Tropfens sowie der Proteinfluoreszenz die nötigen Informationen zu Ermittlung der Denaturierungskinetik bereitstellen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
