Experimental and numerical investigations on the effects of cavitation and flow-related collisions on aggregate formation and loss of activity after cell disruption in the high-pressure homogeniser using the model systems lipase or beta-lactoglobulin as e

使用模型系统脂肪酶或 β-乳球蛋白作为实验和数值研究,研究空化和流动相关碰撞对高压匀浆器中细胞破碎后聚集体形成和活性丧失的影响。

基本信息

项目摘要

Biotechnologically obtained enzymes or protein isolates from plant sources are often obtained by cell disruption. High pressure homogenisers are used for this purpose. In high-pressure homogenization, an extreme acceleration of the medium generates stresses, which are responsible for high cell disintegration rates. A side effect is often cavitation, which creates gas/liquid (bubbles) and/or solid/liquid (abrasion particles) interfaces. This research proposal concentrates on the loss of enzyme activity and the denaturation and aggregation of proteins, for which according to literature a boundary and/or shear-induced unfolding of the three-dimensional structure followed by aggregation in the flow is held responsible. The basic working hypothesis of this project is the assumption that structural losses of enzyme or protein activity can be reduced if cavitation in disruption units of high-pressure homogenisers is largely avoided and the collision frequency in the out-flow chamber is efficiently reduced. Methods for this are the application of back pressure and feeding of a diluting mixed stream directly into the outflow chamber behind the narrowest cross-section, so that high mixing efficiencies can be achieved locally. In the proposal, numerical flow simulations of such novel simultaneous homogenizing and mixing (SHM) units will be performed and evaluation methods for predicting cavitation and collision rates as a function of geometry and process parameters will be developed and verified by accompanying experiments. In cooperation with other subproject partners in the SPP, stress histories and expected aggregation rates are predicted. This leads to design strategies for the preservation of functionality of enzymes and proteins obtained by cell disruption in a high-pressure homogeniser.
从植物来源生物技术获得的酶或蛋白质分离物通常通过细胞破碎获得。高压均质器用于此目的。在高压均质化中,介质的极端加速产生应力,这是导致高细胞崩解速率的原因。副作用通常是空化,其产生气体/液体(气泡)和/或固体/液体(磨损颗粒)界面。这项研究建议集中在酶活性的损失和蛋白质的变性和聚集,根据文献,其中的边界和/或剪切诱导的三维结构的展开,然后在流中聚集负责。该项目的基本工作假设是,如果在很大程度上避免了高压匀浆器的破碎单元中的空化,并且有效地降低了流出室中的碰撞频率,则可以减少酶或蛋白质活性的结构损失。其方法是施加背压并将稀释混合流直接供给到最靠西的横截面后面的流出室中,从而可以局部地实现高混合效率。在该提案中,将对这种新型的同时搅拌和混合(SHM)单元进行数值流模拟,并将开发用于预测空化和碰撞率作为几何形状和工艺参数的函数的评估方法,并通过伴随的实验进行验证。与SPP的其他子项目合作伙伴合作,预测压力历史和预期的聚集率。这导致了设计策略的功能性的酶和蛋白质的保存获得细胞破碎在高压匀浆器。

项目成果

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