Partikelstabilisierte Adsorptive Blasenseparation getaggter Enzyme – Ein neuer Weg zu effizientem Downstream Processing?

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Marion Ansorge-Schumacher; Dr.-Ing. Sascha Heitkam
• Fachliche Zuordnung: Bioverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 407649267

Enzyme haben sich zu wichtigen Werkzeugen der Biotechnologie entwickelt. Ihr tatsächliches Potential als effiziente und spezifische Katalysatoren ist jedoch keinesfalls ausgeschöpft. Eine Ursache dafür ist der Mangel an Techniken zur kostengünstigen und schonenden Aufbereitung von Enzymen aus Nährmedien oder Rohextrakt.Aus technologischer Sicht stellt die Aufreinigung über Gas-Flüssig Grenzflächen im Sinne einer Adsorptiven Blasenseparation (ABS) einen vielversprechenden Ansatz dar. Dabei adsorbieren Enzyme an Blasenoberflächen. Die Blasen steigen auf und erzeugen Schaum an der Oberfläche. Durch Abschöpfen und Auflösen des Schaums können Enzyme in hoher Reinheit erhalten werden. Damit ABS jedoch für ein breites Spektrum unterschiedlicher Enzyme nutzbar wird, müssen weitere Entwicklungsschritte erfolgen.In dem beantragten Projekt sollen zwei neuartige Konzepte umgesetzt werden, die wesentliche Probleme adressieren: Zum einen wird ein molekularer Tag an den gewünschten Enzymen angebracht. Der Tag soll die Adsorptionsrate an der Blase erhöhen und gleichzeitig den direkten Kontakt des aktiven Zentrums des Enzyms mit der Grenzfläche vermeiden. Direkter Kontakt ist kritisch, da dadurch oft das Enzym denaturiert wird. Zum anderen wird eine optimale Schaumstabilität durch Zugabe von Mikropartikeln erzielt. Mikropartikel sind gegenüber den häufig verwendeten Tensiden zu bevorzugen, da Tenside auch Enzyme denaturieren können und nur schwer aus dem finalen Produkt zu entfernen sind. Wichtige Einflussgrößen für die Stabilität von Partikel-stabilisierten Schäumen sind die Partikelgröße und -hydrophobizität sowie die Bestandteile der Lösung (reines Enzym, Fermentationslösung oder Rohextrakt). Beide Konzepte werden in enger Zusammenarbeit zwischen Molekularbiologen und Verfahrenstechnikern umgesetzt. Bei der Entwicklung der ABS Methode liegt der Fokus auf hoher Anreicherung des Enzyms sowie dem Erhalt seiner katalytischen Aktivität. Die Messung der Adsorptionskinetik und der Denaturierung des Enzyms unter Scher- und Grenzflächenkräften sowie die Betrachtung der Enzymstruktur liefern zusätzliche Einblicke in die Zusammenhänge zwischen molekularen Eigenschaften und dem Verhalten an der Grenzfläche. Mit diesem Wissen werden Parameter des ABS-Prozesses so verändert, dass höchste Effektivität erzielt wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Wiebke Drenckhan, Ph.D.