Optimierte Produktgewinnung und Regeneration bei der reaktionsintegrierten Adsorption (Volume 11) (English shop)

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In dieser Arbeit wurde eine reaktionsintegrierte Adsorption zur Herstellung von neuartigen
und seltenen Sacchariden untersucht. Der Schwerpunkt dieser Arbeit lag dabei auf der
Untersuchung der Aufarbeitung (Downstream Processing). Als Modellzucker wurde das
seltene und schwer aufzureinigende Disaccharid Isomaltose verwendet, als Adsorbens
kamen hochdealuminierte BEA-Zeolithe zum Einsatz. Das Ziel war die Entwicklung eines
Verfahrens, das die Aufreinigung des Zielprodukts ermöglicht.
Die Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigen, dass die Auswahl eines geeigneten
Adsorbens sehr aufwändig ist. Mit einem Screening bei niedrigen Konzentrationen kann
bestenfalls eine Vorauswahl getroffen werden. Zur konsequenten Prozessgestaltung
und optimierung eines derartigen Produktionssystems sollten umfassende Untersuchungen
durchgeführt werden. In dieser Arbeit wurden Gleichgewichtseigenschaften und kinetische
Charakteristika verschiedener Zeolithmodule beschrieben.
Für eine effektive Prozessgestaltung sind neben den Adsorbenseigenschaften auch die
Produktionsbedingungen entscheidend. Durch die Optimierung des eingesetzten
Biokatalysators konnte einerseits die Effizienz der Produktion erhöht werden, andererseits
wurde aber durch die vermehrte Bildung von Nebenprodukten die Selektivität der
Aufreinigung verringert. Für eine reaktionsintegrierte Adsorption müssen die Produktions
und Aufarbeitungsbedingungen sehr genau aufeinander abgestimmt werden.
Der Einsatz von feindispersen Zeolithen während der enzymatischen Umsetzung ermöglicht
zwar eine schnelle und ortsnahe Adsorption des Zielprodukts, die Weiterverarbeitung dieser
Zeolithslurry ist jedoch sehr aufwändig. Um die Probleme der nötigen Fest-Flüssig-Trennung
zu umgehen, wurde in dieser Arbeit die Verfahrensalternative einer externen Festbett-
Adsorption untersucht. Hierzu kamen vergrößerte Zeolithformkörper (Extrudate) zum
Einsatz. Die Adsorbenseigenschaften dieser Extrudate ermöglichen ebenfalls eine gezielte
Aufreinigung der Isomaltose und erleichtern die Handhabung deutlich. Der Vergleich der
Kinetiken von Pulverzeolithen und Extrudaten zeigte, dass die Extrudate deutlich schneller
desorbiert werden können. Für Pulverzeolithe sind zur Desorption sehr drastische
Bedingungen erforderlich. Abschließend wurde in ersten Versuchen die mehrfache
Verwendbarkeit der Adsorbentien demonstriert und eine Übertragbarkeit auf andere
Saccharide dargestellt. Im Ergebnis konnte die Aufreinigung von Isomaltose bis zu einem
Zuckeranteil von über 90% erzielt werden.