2023-06-252024-02-062023-06-25https://hdl.handle.net/11420/16876Biotransformationen, bei denen einer der Reaktanten über die Gasphase zugeführt wird, insbesondere im Falle von Oxidationen, stellen nach wie vor eine Herausforderung dar. Die Begasung enzymatischer Reaktionen mit Feinblasen, deren Durchmesser weniger als 100 µm beträgt, wurde untersucht, wobei der Schwerpunkt auf Hydrodynamik und Stofftransfereffekten sowie auf der Reaktionskinetik enzymatischer Systeme lag. Die grundlegenden wissenschaftlichen Fragen zu den lokalen Prozessen, die an der Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche einer sich auflösenden feinen Blase ablaufen, sind jedoch noch zu klären. Dies gilt umso mehr, wenn man sich mit der Wechselwirkung zwischen einer Feinblase und einem auf einer Oberfläche immobilisierten Enzym befasst, insbesondere vor dem Hintergrund, dass strukturierte Packungen als Trägermaterialien für Enzyme zunehmend an Bedeutung gewinnen. Es wird erwartet, dass die lokale Stoffübertragungsrate und der Sauerstoffkonzentrationsgradient an der Grenzfläche mit abnehmendem Blasendurchmesser stark durch den Laplace-Druck beeinflusst werden. Für stofftransportlimitierte enzymatische Reaktionen sind diese Stofftransportverbesserung und die Wechselwirkung zwischen den Enzymen und der Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche zentrale Aspekte, die die Effektivität der Reaktion beeinflussen. Mit Hilfe von laserinduzierten Fluoreszenzmessungen (LIF) können lokale Stofftransportphänomene untersucht werden. Mit Hilfe dieser Messungen soll der im Vorgängerprojekt nachgewiesene Effekt, dass Enzyme bei Begasung mit Feinblasen eine höhere Stabilität aufweisen als bei konventioneller Belüftung, analysiert werden. In diesem Zusammenhang werden die Bedingungen der Konzentrationsgrenzschicht auf die Denaturierung von Enzymen untersucht, um die Wirkmechanismen besser zu verstehen.Biotransformations, where one of the reactants is supplied via the gas phase, especially in the case of oxidations, are still a challenge. The aeration of enzymatic reactions using fine bubbles, whose diameters are less than 100 µm, has been investigated by focusing on hydrodynamics and mass transfer effects as well as reaction kinetics of enzymatic systems. However, the fundamental scientific questions regarding the local processes taking place at the gas-liquid interface of a dissolving fine bubble are still to be targeted. This is even more important, if the interaction between a fine bubble and an immobilized enzyme on a surface is addressed, especially, on the background of increasing attention to structured packings as carrier materials for enzymes. The local mass transfer rate and oxygen concentration gradient at the interface is expected to be strongly affected by the Laplace pressure with decreasing bubble diameter. For mass transfer limited enzymatic reactions this mass transfer enhancement and the interaction between the enzymes and the gas-liquid interface are central aspects influencing the effectivity of the reaction. Using Laser Induced Fluorescence (LIF) measurements local mass transfer phenomena can be studied. With the help of these measurements the effect that enzymes are more stable during fine bubble aeration compared to conventional aeration, as demonstrated in the predecessor project, will be analyzed. In this context, investigation of the concentration boundary layer conditions on enzyme denaturation will be carried out for a better understanding of the acting mechanisms.