Optimierte Produktgewinnung und Regeneration bei der reaktionsintegrierten Adsorption

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.