Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB
Enzymatische Reaktionsrouten für die Biosynthese von Aminen
Amine spielen eine wichtige Rolle in der chemischen Industrie. Sie werden in einer großen Vielfalt als Bausteine für Agro- und Pharmachemikalien sowie für Tenside, Beschichtungen und Schmierstoffe hergestellt. Im vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekt Bi-Amin sucht das Fraunhofer IGB zusammen mit seinen Projektpartnern nach biotechnologischen Reaktionsrouten und Katalysatoren, die die Produktionsverfahren nachhaltiger gestalten können.
Amine werden großtechnisch auf Basis fossiler Rohstoffe produziert. Für diese chemische Synthese sind hohe Temperaturen und Drücke erforderlich; dies verschlechtert die Energiebilanz der Produktionsverfahren. Außerdem erfolgen die Reaktionen meist nicht enantioselektiv, was die spezifische Produktbildung und -ausbeute senkt.
Aus diesem Grund sucht das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB nach neuen Reaktionsrouten und Katalysatoren, die die Produktionsverfahren nachhaltiger gestalten können. Im BMBF-geförderten Projekt »Bi-Amin« erarbeiten die IGB-Wissenschaftler am Institutsteil BioCat in Straubing in Zusammenarbeit mit der TU München und einem Industriepartner ein biotechnologisches Verfahren für die Produktion von Aminen. Biotechnologische Verfahren eröffnen die Möglichkeit, anstelle fossiler Rohstoffe auch verschiedene nachwachsende Rohstoffe als Substrate einzusetzen. Außerdem arbeiten Biokatalysatoren – Enzyme, die vielfach aus Mikroorganismen oder Pflanzen gewonnen werden – am besten bei niedrigen Temperaturen und unter Normaldruck, also unter »natürlichen« Bedingungen. Dies kann die Energiebilanz des Herstellungsprozesses verbessern.
Im Gegensatz zu fermentativen Verfahren, in denen Mikroorganismen als ganze Zellen zum Einsatz kommen, wollen die Forscher die Amine nach dem Konzept der zellfreien Biosynthese herstellen: Hierbei setzen sie nur aufgereinigte spezifische Enzyme ein, die zu rein enzymatischen Reaktionskaskaden zusammengesetzt werden. Ziel des Projektteams ist, solche enzymatischen Reaktionsrouten für die Biosynthese von Aminen zu entwickeln und in einem weiteren Schritt in den Pilotmaßstab zu überführen.
Die Enzyme sollen nachwachsende Rohstoffe mit möglichst hohen Ausbeuten zu den gewünschten Aminen umsetzen. Der Straubinger Institutsteil des Fraunhofer IGB arbeitet daran, geeignete Enzyme und deren Bereitstellung für die Reaktionsrouten zu optimieren. Ein weiterer Schwerpunkt der Straubinger Forscher ist es, neue Verfahren zur Aufarbeitung der Amine aus den zellfreien Reaktionsgemischen zu entwickeln. Denn diese tragen wesentlich zur Wirtschaftlichkeit des biotechnologischen Verfahrens bei.
