{"id":59106,"date":"2018-12-13T07:20:32","date_gmt":"2018-12-13T06:20:32","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=59106"},"modified":"2018-12-10T12:08:46","modified_gmt":"2018-12-10T11:08:46","slug":"industrielle-ausgangsstoffe-biologisch-produzieren","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/industrielle-ausgangsstoffe-biologisch-produzieren\/","title":{"rendered":"Industrielle Ausgangsstoffe biologisch produzieren"},"content":{"rendered":"

\"2018_158_Industrielle<\/a><\/p>\n

Die Industrie verbraucht gro\u00dfe Mengen Erd\u00f6l, um daraus Ausgangsstoffe f\u00fcr Medikamente, Kosmetik, Kunststoffe oder Lebensmittel herzustellen. Diese Prozesse kosten jedoch viel Energie und erzeugen Abfall. Nachhaltiger sind biologische Verfahren mit Enzymen. Die Eiwei\u00dfmolek\u00fcle k\u00f6nnen unterschiedlichste chemische Reaktionen katalysieren, ohne Hilfsstoffe oder L\u00f6sungsmittel zu verbrauchen. Jedoch sind sie teuer und daher bislang \u00f6konomisch unattraktiv. Forscherinnen und Forscher des Karlsruher Instituts f\u00fcr Technologie (KIT) haben nun ein neues Biomaterial entwickelt, das den Einsatz der Enzyme stark vereinfacht. Die Ergebnisse stellen sie in der Zeitschrift Angewandte Chemie<\/em> vor (DOI: 201810331<\/a>).<\/strong><\/p>\n

Katalysatoren sorgen daf\u00fcr, dass Ausgangsstoffe schnell und energiesparend miteinander reagieren und dabei das gew\u00fcnschte Endprodukt entsteht. In der chemischen Industrie sind sie daher von enormer Bedeutung: In rund 90 Prozent aller chemischen Prozesse werden Katalysatoren eingesetzt. Das von den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des KIT entwickelte Biomaterial soll hier eine umweltfreundliche und energiesparende Alternative bieten. \u201eLangfristig erhoffen wir uns, dass solche biokatalytischen Materialien in automatisierten Verfahren eingesetzt werden, um ohne aufwendige Synthese- und Reinigungsschritte und mit m\u00f6glichst wenig Abfallstoffen wertvolle Ausgangsverbindungen zu produzieren\u201c, so Professor Christof Niemeyer vom Institut f\u00fcr Biologische Grenzfl\u00e4chen.<\/p>\n

Um dies zu erreichen, haben die Wissenschaftler nat\u00fcrliche Enzyme so ver\u00e4ndert, dass sie sich von selbst zu einem stabilen Biokatalysator zusammenf\u00fcgen. \u00c4hnlich wie ein Zweikomponentenkleber bilden die Enzyme, wenn man sie zusammengibt, ein gelartiges Material. Es wird auf Kunststoffchips mit rillenf\u00f6rmigen Vertiefungen aufgebracht. Beim Trocknen wird es konzentriert, wobei das Hydrogel entsteht. Der Chip wird dann mit einer Kunststofffolie abgedeckt. Durch die Rillen k\u00f6nnen nun Ausgangsstoffe gepumpt werden, die von den Biokatalysatoren zu den gew\u00fcnschten Endprodukten umgesetzt werden. Das Biokatalysatorgel selbst bleibt zur\u00fcck. F\u00fcr die Reaktion werden keine L\u00f6sungsmittel ben\u00f6tigt, auch hohe Temperaturen oder Dr\u00fccke sind nicht erforderlich, was den Prozess sehr umweltfreundlich und nachhaltig macht.<\/p>\n

Da auf kleinstem Raum sehr viel Reaktionsfl\u00e4che vorhanden ist, sind die Umsatzraten in solchen miniaturisierten Flussreaktoren, also stark verkleinerten Reaktionsgef\u00e4\u00dfen, hoch. Ihr Einsatz in biokatalytischen Prozessen steckt jedoch noch in den Kinderschuhen, da sich Enzyme bisher nur mithilfe von St\u00fctzmaterialien im Reaktor fixieren lie\u00dfen. Diese verbrauchen wertvollen Reaktorraum, der dann nicht mehr f\u00fcr den Biokatalysator zur Verf\u00fcgung steht. Das neue Material haftet dagegen am Tr\u00e4ger, sodass der Reaktor maximal mit aktivem Biokatalysator bef\u00fcllt werden kann. Dar\u00fcber hinaus l\u00e4sst es sich vollst\u00e4ndig recyceln, ist biologisch abbaubar, sehr stabil und erzielt au\u00dferordentlich hohe Ausbeuten bei Reaktionen, f\u00fcr die teure Hilfsstoffe ben\u00f6tigt werden.<\/p>\n

Biokatalytische Materialien haben au\u00dferdem gegen\u00fcber chemischen einen erheblichen Vorteil, wenn in einem Prozess sogenannte Enantiomere entstehen k\u00f6nnen \u2013 also Verbindungen, die sich wie Bild und Spiegelbild gleichen. In der Regel wird davon nur eine Verbindung ben\u00f6tigt, die zweite kann sogar unerw\u00fcnschte Wirkungen haben. Mithilfe von Biokatalysatoren l\u00e4sst sich gezielt eine der beiden Varianten herstellen, w\u00e4hrend bei chemischen Verfahren h\u00e4ufig teure Zusatzstoffe ben\u00f6tigt werden oder die unerw\u00fcnschte Verbindung aufwendig abgetrennt werden muss.<\/p>\n

Die Arbeit entstand im Rahmen des Helmholtz-Programms \u201eBioInterfaces in Technology and Medicine\u201c (BIFTM). \u201eDie Forschungs- und Entwicklungsarbeiten waren nur aufgrund der hervorragenden Ausstattung und Infrastruktur dieses Programms m\u00f6glich\u201c, so Christof Niemeyer. In diesem Programm arbeiten Wissenschaftler des KIT interdisziplin\u00e4r an der Erforschung und Nutzung biologischer Systeme, um sie in der industriellen und medizinischen Biotechnologie anzuwenden. Die starke Interdisziplinarit\u00e4t erfordert eine breite methodische Expertise, die neben der Materialherstellung und -charakterisierung auch datenbasierte Simulationsmethoden umfasst und am KIT hervorragend abgebildet wird.<\/p>\n

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Publikation (early view)<\/h3>\n

T. Peschke, P. Bitterwolf, S. Gallus, Y. Hu, C. Oelschlaeger, N. Willenbacher, K. S. Rabe, C. M. Niemeyer: Self-assembling all-enzyme hydrogels for flow biocatalysis. Angew. Chem. Int. Ed. 2018. Abstract: https:\/\/onlinelibrary.wiley.com\/doi\/full\/10.1002\/ange.201810331\u00a0<\/a><\/p>\n

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Details zum KIT-Zentrum Materialforschung:
\nwww.materials.kit.edu\/index.php<\/a><\/p>\n

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\u00dcber das\u00a0Karlsruher Institut f\u00fcr Technologie<\/h3>\n

Als \u201eDie Forschungsuniversit\u00e4t in der Helmholtz-Gemeinschaft\u201c schafft und vermittelt das KIT Wissen f\u00fcr Gesellschaft und Umwelt. Ziel ist es, zu den globalen Herausforderungen ma\u00dfgebliche Beitr\u00e4ge in den Feldern Energie, Mobilit\u00e4t und Information zu leisten. Dazu arbeiten rund 9 300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter auf einer breiten disziplin\u00e4ren Basis in Natur-, Ingenieur-, Wirtschafts- sowie Geistes- und Sozialwissenschaften zusammen. Seine 25\u00a0500 Studierenden bereitet das KIT durch ein forschungsorientiertes universit\u00e4res Studium auf verantwortungsvolle Aufgaben in Gesellschaft, Wirtschaft und Wissenschaft vor. Die Innovationst\u00e4tigkeit am KIT schl\u00e4gt die Br\u00fccke zwischen Erkenntnis und Anwendung zum gesellschaftlichen Nutzen, wirtschaftlichen Wohlstand und Erhalt unserer nat\u00fcrlichen Lebensgrundlagen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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