ISBN 978-3-8439-3031-4

978-3-8439-3031-4, Reihe Verfahrenstechnik

Markus Kampmann
Gel-immobilisierte Tyrosinase aus Agaricus bisporus - Charakterisierung und Anwendung

153 Seiten, Dissertation Technische Universität Dortmund (2016), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Tyrosinase ist ein Enzym mit einer Reihe verschiedener Anwendungsmöglichkeiten, wie dem Abbau des endokrin wirksamen Bisphenol A (BPA) oder der Herstellung der krebshemmenden 3,4-Dihydroxyphenylessigsäure (DHPES). Ein erheblicher Nachteil dabei sind allerdings die hohen Kosten des Enzympräparats. Daher war das Ziel dieser Arbeit, Tyrosinase in Biopolymer-Gele zu immobilisieren und die Anwendung des entwickelten Katalysatorsystems in diesen Reaktionssystemen zu untersuchen.

Zur Immobilisierung von Tyrosinase wurde ein einfaches und effektives Verfahren entwickelt, mit dem es gelang, Tyrosinase enthaltende Zellen kostengünstiger Champignons (Agaricus bisporus) in annähernd runden Gel-Matrix-Kapseln zu immobilisieren. Die Methode erlaubt auch die gleichzeitige Immobilisierung von Tyrosinase, die aus beschädigten Zellen freigesetzt wird, sodass die gesamte Tyrosinaseaktivität der Zellen ohne teure Enzymaufreinigung genutzt werden kann.

Mit diesem Katalysatorsystem wurde der Abbau von BPA unter Berücksichtigung des Einflusses der intrapartikulären BPA-Diffusion, der BPA- und Zellkonzentration, des pH-Werts und der Temperatur untersucht. Die experimentellen Ergebnisse wurden mit einem mathematischen Modell beschrieben, das eine Abschätzung des Reaktionsverlaufs unter verschiedenen Reaktionsbedingungen ermöglicht. Bei Anwendung des Katalysators in Repeated-Batch-Experimenten mit BPA-angereicherten Umweltwasserproben wurden BPA-Umsätze von fast 100% erreicht und katalytische Aktivitäten über bis zu 20 Tage nachgewiesen.

Die Herstellung von DHPES wurde mit 4-Hydroxyphenylessigsäure (5 mM) und Luftsauerstoff als Substrat sowie Ascorbinsäure als Reduktionsmittel realisiert. Unter reduzierenden Bedingungen zeigte der Katalysator eine Selektivität von annähernd 100%. Die maximalen Ausbeuten an DHPES, die mit 5 mM und 10 mM Ascorbinsäure erreicht wurden, wurden durch eine In-situ-Adsorption von DHPES von 26% auf 42% bzw. von 36% auf 52% gesteigert, bei einer Zeitersparnis von 25%.

Das entwickelte Katalysatorsystem und die erarbeiteten Ergebnisse zu seiner Anwendung können daher genutzt werden, um die Kosten Tyrosinase-katalysierter Prozesse zu senken.