Biokatalysebasierte

Biokatalysebasierte Prozesse verwenden Enzyme oder lebende Zellen, um chemische Reaktionen effizient und selektiv zu steuern. Im Fokus stehen Reaktionen, die sich unter milden Bedingungen (Raumtemperatur, Körpertemperatur, wässrige Lösung) ablaufen lassen und enantio- oder regioselektiv sind. Enzymatische Katalyse wird in der Feinchemie, Pharmazie, Lebensmittel- und Kosmetikindustrie eingesetzt. Typische Anwendungen umfassen asymmetrische Synthesen, Hydrierungen, Desulfurierungen, Hydroxylationen und Umwandlungen komplexer Substrate, oft in Sequenzreaktionen oder Enzym-Cascade-Systemen, bei denen mehrere Enzyme nacheinander arbeiten.

Wichtige Vorteile sind die hohe Selektivität, geringere Umweltbelastung, weniger Energiebedarf und die Möglichkeit, komplexe Moleküle in wenigen Schritten herzustellen. Biokatalyse ermöglicht oft Vorstufen, die über herkömmliche chemische Methoden schwer zugänglich wären, sowie die Reduktion von Zwischen- und Abfallmengen. Immobilisierte Enzyme oder ganze Zellen erleichtern die Wiederverwendung und die Anpassung an industrielle Produktionsprozesse. Technologiefelder umfassen gerichtete Enzymentwicklung, Proteinengineering, Protein-Design, sowie die Kombination von Enzymen in Mehrschritt- oder Kaskadenreaktionen.

Herausforderungen sind die Stabilität und Kosten der Enzyme, die Substrat- und Produkttoxizität, die Skalierbarkeit und die Aufreinigung. Forschung fokussiert sich auf verbesserte Enzymstabilität, breitere Substratspektren, sowie Integration in kontinuierliche Flow-Systeme und in biotechnologische Produktionsketten. Insgesamt stellen biokatalysebasierte Ansätze eine zentrale Komponente nachhaltiger Chemie dar, die Umwelt- und Energieeffizienz erhöhen kann, während sie gleichzeitig eine hohe Stereoselektivität bietet.