Prof. Dr. Peter Grunwald

GDCh, DECHEMA, VAAM, MNU

Lucas Meyer, „Enzymatische Modifizierung von Lecithin";

ASTA MEDICA, BMBF-Projekt „Glycobiotechnologie";

DESITIN, „Charakterisierung von Wirkstoffen";

Institute of Bioengineering & Nanotechnology, Singapore;

University of Havana, Cuba.

Die Verwendung von Biokatalysatoren in Form von Enzymen oder ganzen Zellen gewinnt in Bereichen wie der chemischen Analytik, der Synthese organischer Verbindungen, der Lebensmittel- und Pharmaindustrie oder im Zusammenhang mit der Lösung von Umweltproblemen zunehmend an Bedeutung [1]. Insbesondere gilt dies auch für deren Anwendung in der Industrie (Industrielle/Weiße Biotechnologie) als umweltfreundliche und energiesparende Alternative zu herkömmlichen Katalysatoren [2]. Der Einsatz von immobilisierten Biokatalysatoren – d.h. Bindung an wasserunlösliche Träger – bietet eine Reihe zusätzlicher Vorteile, darunter vor allem die leichte Abtrennbarkeit des Katalysators vom Reaktionsgemisch und damit verbunden dessen Wiederverwendbarkeit [3] als Voraussetzung für eine ökonomische Arbeitsweise. Im Rahmen dieses Arbeitsgebietes wurden Verfahren zur Immobilisierung bestimmter Enzyme an unterschiedliche Trägermaterialien entwickelt bzw. bekannte Methoden im Hinblick auf Parameter wie katalytische Aktivität, Lager- und Betriebsstabilität optimiert.

Enzyme sind u.a. aufgrund ihrer Substratspezifität als bioaktive Komponenten in der Analytik von Interesse. Ändert sich im Verlaufe der zugrunde liegenden Reaktion die Ladungsträgerkonzentration – wie z.B. bei vielen Hydrolysereaktionen – lässt sich deren Verlauf konduktometrisch erfassen. Ein solches kontinuierlich arbeitendes Verfahren kann eine Alternative zu etablierten Methoden sein, wenn gegenüber diesen wie im Falle der Bestimmung von Triglyceriden, Aspartam, Phospholipiden, etc. der Materialaufwand (Chemikalien, Enzyme, Cofaktoren, apparativer Aufwand) bei vergleichbarer oder größerer Empfindlichkeit geringer ist. Immobilisierte Biokatalysatoren zusammen mit der Konduktometrie als Detektionsmethode lassen sich im Rahmen einer Fließinjektionsanalytik realisieren.

Die Untersuchungen zur Wechselwirkung zwischen Schwermetallionen und Mikroorganismen (MO) haben zum Ziel, zur Klärung von Vorgängen beizutragen, die mit der Aufnahme von Schwermetallionen durch MO’s wie Hefen einhergehen [4]. Der Praxisbezug dieses Arbeitsgebietes liegt in der Möglichkeit begründet, MO’s als preiswertes Ausgangsmaterial für die Rückgewinnung edler Metalle aus stark verdünnten Lösungen oder die Behandlung von mit toxischen Schwermetallen belasteten Abwässern zu verwenden. Auch hier spielt die Immobilisierung der MO’s unter verfahrenstechnischen Aspekten eine wichtige Rolle.

Schließlich werden die im Arbeitsbereich durchgeführten Arbeiten – soweit sie sich für die Behandlung aktueller Themen im Unterricht eignen – entsprechend aufbereitet [5].

Abb. Schematische Darstellung der Bindung eines Biokatalysators an eine kugelförmige Glas-Matrix

[1] P. Grunwald: Biocatalysis: Biochemical Fundamentals and Applications, 1035 Seiten, Verlag: Imperial College Press, London (2009); 2. Auflage: 2015.
[2] Industrial Biocatalysis (Herausgeber: P. Grunwald) Verlag: Pan Stanford Publishing, Singapore; im Druck (2014).
[3] Peter Grunwald: Preparation and application of immobilized phospholipases in ‚Enzymes in Lipid Modification‘ (Herausgeber: Uwe T. Bornscheuer); Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim (2000).
[4] A. Schünzel, P. Grunwald, Lebensm. Biotechnol. 1998, 15-16 und 128-130.
[5] Peter Grunwald: Teaching Catalysis by Means of Enzymes and Microorganisms in ‘Chemistry Education and Sustainability in the Global Age’ (Herausgeber: Mei-Hung Chiu, Hsiao-Lin Tuan, Hsin-Kai Wu, Jing-Wen Lin, Chin-Cheng Chou); Verlag: Springer Science+ Business Media, Dordrecht (2013)