BioPlasticizer

 

Protein- und Prozessengineering einer Lipase zur bio-basierten Produktion von Weichmachern

BMBF Logo BMBF   Candida sp. Lipase Bio VI Homologie-Modell der Candida sp. 99-125 Lipase (YASARA) - Rosa/Grün/Blau: Aminosäuren der katalytischen Triade

Das Hauptziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines industriell anwendbaren Bio-Weichmachers (Bio-Plasticizer) - eines epoxierten Fettsäurealkylesters. Dieser soll mittels einer Lipase und aus nachwachsenden Rohstoffen (Pflanzenöl) hergestellt werden. Dies soll durch Anpassung Hitze- und Oxidationsmittel-Beständigkeit der Lipase durch Protein Engineering erreicht werden. Um die Komplexität des Verfahrens zu reduzieren und einen Scale-up des Prozesses durchzuführen entwickelt die BUCT die Verfahrenstechnik, die nötig ist, um die Lipasen wiederzuverwenden und um die Reaktionsbedingungen für den industriellen Maßstab festzulegen. Abschließend soll in diesem Projekt die modifizierte Lipase in einem eigens entwicklten Prozess im großtechnischen Maßstab hergestellt und als Weichmacher von Polyvinylchlorid (PVC) getestet werden.

Der Schlüsselschritt bei der Herstellung biologischer Weichmacher ist die Epoxidierung der Doppelbindungen von ungesättigten Fettsäuren. Die chinesischen Projektpartner (BUCT; Prof. Tan, Prof. Liu and Prof. Chen) konnten bereits zeigen, dass die Lipase von Candida sp. 99-125 in der Lage ist, Fettsäureester aus Pflanzenöl in einem lösungsmittelfreien System zu 70% umsetzen kann. Lösungsmittelfreie Systeme sind sehr attraktiv für die Industrie, da sie besonders umweltfreundlich sind. Ein Nachteil für die Anwendung ist jedoch, dass Pflanzenöl im lösungsmittelfreien System bei 40°C zu viskos ist. Bei einer Erhöhung der Reaktionstemperatur auf 45 - 50°C, was die Viskosität ausreichend reduziert, verliert die Lipase stark an Aktivität. Die AG Schwaneberg erhöht daher die Hitzebeständigkeit der Candida sp. 99-125 Lipase ohne dabei ihre Aktivität zu reduzieren. Unsere zweite Priorität ist die prozessrelevante Erhöhung der Toleranz dieses Enzyms gegenüber Oxidationsmitteln und Säuren. Die parallele Verbesserung dieser Parameter erreichen wir durch die Rekombination der für beide Eigenschaften vorteilhaften Aminosäureaustausche. Parallel zu den Arbeiten an der RWTH nimmt sich unser chinesischer Partner der Verfahrenstechnik des Prozesses an. Die BUCT-Partner optimieren die Fermentation, legen Prozessbedingungen fest und untersuchen die Rückgewinnung der Enzyme.

Abschließend werden die in Aachen entwickelten Enzyme im grosstechnischen Maßstab für die Herstellung eines biologischen Weichmachers für Polyvinylchlorid (PVC) eingesetzt.