Modularisierte mehrphasige Biokatalyse durch enzymatisch aktive w/o Pickering Emulsionen im Membranreaktor (BioPICK)

Organische Lösungsmittel und insbesondere Mehrphasensysteme spielen in der chemischen Synthese hinsichtlich der Beteiligung hydrophober Reaktionskomponenten und der Entwicklung integrierter mehrstufiger Reaktionssysteme eine übergeordnete Rolle. Ihr Einsatz in der Biokatalyse ist aufgrund der Unverträglichkeit organischer Lösungsmittel mit dem Biokatalysator und fehlender universell einsetzbarer mehrphasiger Reaktionssysteme mit ausreichend hohem Stoffübergang jedoch nach wie vor stark eingeschränkt. Im Forschungsprojekt sollte ein solches System konzeptionell entwickelt und die Einsatzmöglichkeiten von Biokatalysatoren somit sprunghaft um ein Vielfaches erweitert werden; als Randbedingung gilt die Skalierbarkeit vom Mikrosystem zum großtechnischen Maßstab. Das Konzept sah die aktive Immobilisierung und durch physikalische Abgrenzung vom Lösungsmittel gleichzeitige Stabilisierung isolierter Enzyme erstmalig durch Einschluss in heterogen stabilisierte Emulsionen (Pickering Emulsionen) vor, die durch Integration in maßgeschneiderte Membranmodule zur effizienten kontinuierlichen Synthese in ein- und mehrstufigen Reaktionen genutzt werden können. Gleichzeitig ermöglicht dies eine erhebliche Prozessintensivierung, die durch integrierte Produktabtrennung nochmals gesteigert wird. Vor dem Hintergrund knapp werdender Ressourcen und maximaler Nachhaltigkeit wird der Austausch konventioneller organischer Lösungsmittel gegen „grünere“ Varianten mit hoher Umweltverträglichkeit bzw. alternativer Rohstoffbasis explizit betrachtet. Die Umsetzung des Forschungsprojektes erfolgte in einem interdisziplinären Tandem aus Naturwissenschaft (Enzymtechnologie) und Ingenieurwissenschaft (Verfahrenstechnik), das in enger Verzahnung der explorativen Schritte die ideale Basis für die rasche und erfolgreiche Realisierung der hochgesteckten Ziele in Form von ganzheitlich optimierten und technisch realisierbaren Reaktionssystemen bildet.

Projektlaufzeit

1.11.2012 - 30.4.2018

Projektleitung

Projektmitarbeiter/innen

  • Anja Heyse
  • Lisa Schumacher

Kooperationspartner

  • Technische Universität Dresden

Mittelgeber

Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Förderprogramme

Nächste Generation biotechnologischer Verfahren - Biotechnologie 2020+