Bioökonomie International 2015: BioPlasticizer - Protein- und Prozessengineering einer Lipase zur biobasierten Produktion von Weichmachern

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.