Das Projekt "Bioökonomie International 2015 - Bioplasticizer: Protein- und Prozessengineering einer Lipase zur biobasierten Produktion von Weichmachern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Institut für Biologie VI, Lehrstuhl für Biotechnologie durchgeführt. Im Kooperationsprojekt 'BioPlasticizer' wird ein industriell-nutzbarer Produktionsprozess zur Darstellung 'grüner' Weichmacher (epoxidierte Fettsäurealkylester) basierend auf einem Lipase-Biokatalysator und nachhaltigen Rohstoffen (Pflanzenöl) entwickelt. Um das Prozessentwicklungsziel zu erreichen werden drei Arbeitsziele verfolgt: 1) Protein-Engineering (RWTH, AP 1) des Lipase-Biokatalysators zur Synthese epoxidierter Fettsäurenester, um insbesondere dessen Temperaturresistenz und H2O2-Toleranz an Anforderungen großtechnischer Produktionsprozesse anzupassen, 2) Prozess-Engineering (BUCT, AP 2) zur Wiederverwendung der Lipase und zur Optimierung der Reaktionsbedingungen und Aufarbeitungsprozesse im technischen Maßstab mit einem Fokus auf Maßstabsvergrößerungsschritte und Prozessintensivierung, 3) Nutzung der verbesserten Lipasevarianten im entwickelten großtechnischen Produktionsprozess epoxidierter Fettsäureester und Evaluierung der Produkteigenschaften der grünen Weichmacher für Polyvinylchlorid (PVC) Anwendungen. Eine Hauptlimitierung für industrielle Nutzung ist die hohe Viskosität des Pflanzenöls bei einer Temperatur von 40°C. Eine Erhöhung der Temperatur auf 45-50°C verringert die Viskosität erheblich, führt aber gleichzeitig zu einer dramatischen Abnahme der Lipaseaktivität. Daher liegt die höchste Priorität des Partners RWTH Aachen in der Verbesserung der Temperaturresistenz der Candida sp. 99-125 Lipase, ohne deren spezifische Aktivität zu beeinträchtigen (AP 1.1-1.5). Des Weiteren wird die Lipase im Verlauf des Prozesses langsam durch dem Reaktionssystem hinzugegebenen H2O2 und /oder in situ entstehender Peroxy-carbonsäuren inaktiviert. Daher wird mit zweiter Priorität die Resistenz der Candida sp. 99-125 Lipase gegenüber H2O2-/Peroxycarbonsäure erhöht (AP 1.6-1.8). In abschließenden Protein-Engineeringarbeiten werden für beide Eigenschaften die aufgefundenen vorteilhaften Positionen kombiniert.
Das Projekt "CEEPOx - Entwicklung einer Systemlösung für chemo-elektro-enzymatische Percarbonsäure-vermittelte Oxidationsreaktionen am Beispiel der Erzeugung chiraler Monoterpene" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Mikrobiologie, Professur für Molekulare Biotechnologie durchgeführt. Oxidationen unter Vermittlung hochreaktiver Persäuren stellen eine wichtige Gruppe chemischer Reaktionen mit vielfältigem synthetischem Potential dar. Hervorzuheben sind beispielsweise die Prileschajew-Oxidation zur Erzeugung von Epoxiden, die Bayer-Villiger-Oxidation zur Synthese von Estern (speziell Lactonen) und die Rubottom-Oxidation zur Darstellung von ?-Hydroxyaldehyden und -ketonen. Bei stöchiometrischem Einsatz der essentiellen Persäuren, beispielsweise m-Chlorperbenzoesäure, ist die Realisierung der Reaktionen im technischen Maßstab jedoch unter ökologischen wie sicherheitstechnischen Aspekten problematisch, da die Bereitstellung der Persäuren zum einen den nicht katalytischen Einsatz starker Mineralsäuren und zum anderen den Transport und die Handhabung konzentrierter Lösungen dieser explosiven Reaktanden in großen Mengen erfordert. Abhilfe kann durch die in situ Erzeugung der Persäuren gekoppelt mit dem direkten Umsatz im Reaktionsverlauf geschaffen werden. Unter besonders milden und umweltverträglichen Bedingungen ist dies bei Verwendung von Biokatalysatoren, konkret Vertretern von (Per)Hydrolasen wie Lipasen und Esterasen, möglich. Zielstellung des Projektes ist die Entwicklung einer Systemlösung zur technischen Realisierung Persäure-vermittelter Oxidationsreaktionen unter elektro-enzymatischer in situ Generation der Persäuren am Beispiel der Prileschajew-Oxidation bicyclischer Monoterpene (z.B. Pinen).