Zellfreie Biokatalyse im Mikrofluidiksystem für die biotechnologische Produktion von chemischen Grundbausteinen
Carolin Prechtl
In den letzten Jahrzehnten hat die Biotechnologie zur Produktion von chemischen Grundbausteinen und komplexen Strukturen an Bedeutung gewonnen. Trotz enormer Fortschritte sind die gängigen Fermentationsprozesse in erster Linie limitiert durch die Lebensfähigkeit der eingesetzten Organismen. Weitere Probleme sind die Biomasseproduktion und eine häufige Produkttoxizität für die Zellen. Durch die Übertragung von spezifischen Stoffwechelsschritten aus der Zeööe in mikrostrukturierte, kompartimentiere Bioreaktoren sollen diese Grenzen überwunden werden.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde mit Hilfe der Mikroverfahrenstechnik ein Reaktor entwickelt, der vor allem die Minimierung von Transportwiderständen auch in Mehrphasensystemen durch ein großes Oberflächen- zu Volumenverhältnis in mikrostrukturierten Apparaten ausnutzen sollte. Als Modelsystem wurde die enzymatische Synthese von nicht-proteinogenen Aminosäuren aus Hydantoinen ausgewählt. Dieser biotechnologische Prozess ist vor allem durch eine geringe Substratlöslichkeit in wässrigen Systemen und eine Produktinhibierung der Enzyme limitiert. Es konnte gezeigt werden, dass durch Kopplungvon Mikroextraktion und enzymatische Umsetzung in einem mikrostrukturiertem Reaktorsystem ein stabiler kontinuierlicher Prozess generiert werden kann.
