Reaktionstechnik biokatalytischer Prozesse am Beispiel der kontinuierlichen enzymatischen Synthese von N-Acetylneuraminsäure

$\bullet$ Erstmalig wurde im Rahmen dieser Arbeit 11-Acetylneuraminsäure (Neu5Ac) ausgehend von N-Acetylglucosamin (GlcNAc) mit Hilfe des gekoppeltenEnzymsystems aus N-Acylglucosamin 2-Epimerase und N-Acetylneuraminsäure-Aldolase im kontinuierlichen Prozeß hergestellt. Das durch die Epimerase gebildeteN-Acetylmannosamin wird ohne Isolierung direkt weiter zu Neu5Ac umgesetzt. $\bullet$ Aufgrund ähnlicher pH- und Temperaturoptima lassen sich beide Enzyme zusammen im Enzym-Membran-Reaktor einsetzen. $\bullet$ Für beide Enzyme wurden zum ersten Mal alle kinetischen Parameter zur Beschreibung des Einflusses aller Reaktanden ermittelt. Die Viskosität des Reaktionsmediums und die Mutarotation der Kohlenhydrate wurden als weitere Einflußgrößen untersucht. $\bullet$ Die verwendeten kinetischen Modelle beschreiben sowohl die Kinetik als auch die Gleichgewichtslage der Einzelreaktionen und der Gesamtreaktion mit guter Genauigkeit. $\bullet$ Durch Modellrechnungen konnten günstige Betriebsbedingungen für die Neu5Ac-Synthese ausgehend von ManNAc und unter Verwendung des gekoppelten Enzymsystems ausgehend von GleNAc ermittelt werden. Die Modellrechnungen wurden experimentell bestätigt. $\bullet$ Ausgehend von ManNAc wurden 250 g Neu5Ac mit einer Raum-Zeit-Ausbeute von 650 g/(L*d) produziert. Das im Unterschuß eingesetzte ManNAc wurde zu 80% umgesetzt. $\bullet$ In einem weiteren Produktionsversuch wurden ca. 680 g Neu5Ac hergestellt (vgl. Kap. 7). Als Substratlösung wurde eine aus der basenkatalysierten Epimerisierung erhaltene Lösung von ManNAc und GlcNAc verwendet. Das im Unterschuß eingesetzte ManNAc wurde zu 80% umgesetzt.$\bullet$ Ausgehend von GieNAc wurden bei Einsatz des gekoppelten Enzymsystems bei äquimolaren Substratkonzentrationen Raum-Zeit-Ausbeuten bis zu 165 g/(L*d) bei einem Umsatz von 33% erzielt. $\bullet$ Bei der Festlegung der Reaktionsbedingungen wurde auf eine möglichst einfache Produktisolierung geachtet. Auf den Einsatz von Puffersubstanzen konnte vollständig verzichtet werden. Für beide Verfahrensalternativen wurden geeignete Methoden zur Produktisolierung mittels Anionenaustauschchromatographie entwickelt. $\bullet$ Die geringe massenspezifische Aktivität der Epimerase kann bei Verwendungdes gekoppelten Enzymsystems durch höhere Aldolasekonzentrationen ausgeglichen werden, da der Umsatz nur in geringem Maße vom Aktivitätsmolenbruchabhängt. $\bullet$ Durch Vergleich der Reaktionsgeschwindigkeiten und der erzielbaren Raum-Zeit-Ausbeuten wurden die Vorteile der enzymkatalysierten gegenüber der basenkatalysierten Epimerisierung zur ManNAc-Synthese aufgezeigt