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Care Specialties Enzymatische Herstellung neuartiger Esteröle für Kosmetika Dr. Oliver Thum Gruppenleiter F&E Enzymatische Produkte Goldschmidt GmbH, Essen.

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Präsentation zum Thema: "Care Specialties Enzymatische Herstellung neuartiger Esteröle für Kosmetika Dr. Oliver Thum Gruppenleiter F&E Enzymatische Produkte Goldschmidt GmbH, Essen."—  Präsentation transkript:

1 Care Specialties Enzymatische Herstellung neuartiger Esteröle für Kosmetika Dr. Oliver Thum Gruppenleiter F&E Enzymatische Produkte Goldschmidt GmbH, Essen Frankfurt, 12. Oktober 2005

2 Care Specialties 2Dr. Oliver Thum Überblick Biokatalyse für die Kosmetik Möglichkeiten und Limitierungen Forschungsziele Anforderungen an kosmetische Rohstoffe Navigation

3 Care Specialties 3Dr. Oliver Thum Überblick Navigation

4 Care Specialties 4Dr. Oliver Thum Übersicht Navigation Möglichkeiten der weißen Biotechnologie als innovative und nachhaltige Technologieplattform Vorteile enzymatischer Produkte Überblick über die Anforderungen der kosmetischen Industrie an moderne Inhaltsstoffe Limitierungen des verfügbaren Standes der Technik und Ideen zu deren Behebung

5 Care Specialties 5Dr. Oliver Thum Anforderungen an kosmetische Rohstoffe Navigation

6 Care Specialties 6Dr. Oliver Thum Anforderungen der kosmetischen Industrie Einfach zu verarbeiten Mildheit Berücksichtigung aktueller Trends und Entwicklungen Nachhaltiger Umweltschutz Value for money

7 Care Specialties 7Dr. Oliver Thum Kationische und amphotere Surfactants Nichtionische Surfactants: Alkylpolyglucoside 40 kt Ethoxylate und Propoxylate Anionische Surfactants: Lineare Alkylbenzolsulfonate Fettalkoholsulfate Fettalkoholethersulfate 470 kt 1340 kt 1770 kt Weltmarkt Surfactants

8 Care Specialties 8Dr. Oliver Thum AXOL C62: Glyceryl stearate citrate Beispiel eines modernen Inhaltsstoffs

9 Care Specialties 9Dr. Oliver Thum Biokatalyse für die Kosmetik Navigation

10 Care Specialties 10Dr. Oliver Thum Warum Biokatalyse für kosmetische Produkte? Die Kosmetikindustrie bevorzugt Rohstoffe aus natürlichen Quellen. Biokatalytische Prozesse für diese Verbindungen zu finden ist relativ wahrscheinlich. Die Biokatalyse eröffnet alternative Zugangswege für neue Produkte. Die Biokatalyse stellt gegenüber der konventionellen Produktion eine zukunftsträchtige Technologie mit besserer Ökobilanz dar. McKinsey 2003: Der Anteil biotechnologisch hergestellter Chemikalien der Weltproduktion – nicht nur der Spezialchemie – wird bis zum Jahr 2010 zwischen 10 und 20 % liegen. Die Kosmetikindustrie bevorzugt Rohstoffe aus natürlichen Quellen. Biokatalytische Prozesse für diese Verbindungen zu finden ist relativ wahrscheinlich. Die Biokatalyse eröffnet alternative Zugangswege für neue Produkte. Die Biokatalyse stellt gegenüber der konventionellen Produktion eine zukunftsträchtige Technologie mit besserer Ökobilanz dar. McKinsey 2003: Der Anteil biotechnologisch hergestellter Chemikalien der Weltproduktion – nicht nur der Spezialchemie – wird bis zum Jahr 2010 zwischen 10 und 20 % liegen.

11 Care Specialties 11Dr. Oliver Thum Decyl Oleat, Tegosoft® DO Konventionelle vs. Enzymatische Produktion Navigation

12 Care Specialties 12Dr. Oliver Thum aqueous waste raw mat. reaction desodor. bleaching drying filtration packing catalyst steam bleach filter aid volatile comp. aqueous waste solid waste conventional > 180°C 140°C 100°C 60°C 20°C applied temperature raw mat. reaction packing catalyst recycled enzymatic Konventionelle vs. Enzymatische Produktion Navigation Vorteil 1: Prozess-Vereinfachung

13 Care Specialties 13Dr. Oliver Thum aqueous waste raw mat. reaction desodor. bleaching drying filtration packing catalyst steam bleach filter aid volatile comp. aqueous waste solid waste conventional > 180°C 140°C 100°C 60°C 20°C applied temperature raw mat. reaction packing catalyst recycled enzymatic Konventionelle vs. Enzymatische Produktion Navigation Vorteil 2: Nachhaltiger Prozess Vorteil 1: Prozess-Vereinfachung

14 Care Specialties 14Dr. Oliver Thum Vorteil 3: Qualitativ hochwertige Produkte Analyse verschiedener Muster von Myristyl Myristate EnzymatischWettbew. 1Wettbew. 2Wettbew. 3Wettbew. 4 GC: Reinheit [%] GC: C14-OH [%] GC: unbek. [%] °C64832trübe OH-Zahl Peroxid-Zahl< < 0.1 Schmelzpunkt [°C] Navigation

15 Care Specialties 15Dr. Oliver Thum Vorteil 3: Qualitativ hochwertige Produkte Navigation Cetyl Ricinoleat, ein kosmetisches Wachs (TEGOSOFT® CR) GC Signal Zeit Enzymatisch hergestelltes TEGOSOFT® CR 4 %93 %3 % Produkt CetylalkoholDimer Konventionelles Produkt GC Signal Zeit 23 % 61 % 12 % Cetylakohol Produkt Dimer

16 Care Specialties 16Dr. Oliver Thum Möglichkeiten und Limitierungen Navigation

17 Care Specialties 17Dr. Oliver Thum Vorteile auf einen Blick Navigation Prozessvereinfachung durch mildere Reaktionsbedingungen und die Verwendung eines Festbettreaktors. Biokatalyse ist ein Musterbeispiel eines nachhaltigen Prozesses. Biokatalyse erlaubt den Zugang zu Produkten von hoher Qualität und Reinheit. Biokatalyse ermöglicht den Zugang zu neuartigen Produkten die konventionell nicht darstellbar sind. Prozessvereinfachung durch mildere Reaktionsbedingungen und die Verwendung eines Festbettreaktors. Biokatalyse ist ein Musterbeispiel eines nachhaltigen Prozesses. Biokatalyse erlaubt den Zugang zu Produkten von hoher Qualität und Reinheit. Biokatalyse ermöglicht den Zugang zu neuartigen Produkten die konventionell nicht darstellbar sind.

18 Care Specialties 18Dr. Oliver Thum Bestehende Limitatierungen Nur wenige Enzyme sind kommerziell erhältlich, die für die Synthese großvolumiger Spezialchemikalien geeignet sind, v. a. in Hinblick auf Aktivität und Stabilität. Daher können heute nur Veresterungsreaktionen (Lipase- katalysiert) industriell durchgeführt werden. Obere Prozesstemperatur: < 60°C. Um ohne organische Lösungsmittel auszukommen, können nur niedrigschmelzende Rohstoffe eingesetzt werden. Bei diesen niedrigen Temperaturen (< 60 °C) treten oft Inkompatibilitäten zwischen polaren und unpolaren Rohstoffen auf. Im Festbettreaktor können nur niedrigviskose Mischungen eingesetzt werden, Suspensionen gar nicht. Nur wenige Enzyme sind kommerziell erhältlich, die für die Synthese großvolumiger Spezialchemikalien geeignet sind, v. a. in Hinblick auf Aktivität und Stabilität. Daher können heute nur Veresterungsreaktionen (Lipase- katalysiert) industriell durchgeführt werden. Obere Prozesstemperatur: < 60°C. Um ohne organische Lösungsmittel auszukommen, können nur niedrigschmelzende Rohstoffe eingesetzt werden. Bei diesen niedrigen Temperaturen (< 60 °C) treten oft Inkompatibilitäten zwischen polaren und unpolaren Rohstoffen auf. Im Festbettreaktor können nur niedrigviskose Mischungen eingesetzt werden, Suspensionen gar nicht. Navigation

19 Care Specialties 19Dr. Oliver Thum Forschungsziele Navigation

20 Care Specialties 20Dr. Oliver Thum FNR Projekt FKZ: Erweiterung der existierenden Technologie auf neue esterbasierende Produkte. Entwicklung einer hyperthermostabilen Lipase zur Überwindung der Temperaturlimitierungen. Entwicklung neuer Reaktorkonzepte als Alternative zum Festbettreaktor. Übertragung in die Synthese von Neuprodukten im Labormaßstab. Erweiterung der existierenden Technologie auf neue esterbasierende Produkte. Entwicklung einer hyperthermostabilen Lipase zur Überwindung der Temperaturlimitierungen. Entwicklung neuer Reaktorkonzepte als Alternative zum Festbettreaktor. Übertragung in die Synthese von Neuprodukten im Labormaßstab. Navigation

21 Care Specialties 21Dr. Oliver Thum Potentielle Neuprodukte Reaktionsprodukte von Fettsäuren und deren Derivaten (z. B. Methylester) mit polaren, nachwachsenden Rohstoffen, z. B.:

22 Care Specialties 22Dr. Oliver Thum Partner 1: FZ Jülich Ziel: Entwicklung einer hyperthermostabilen Lipase für Hochtemperaturanwendungen, z. B. Synthese hochschmelzender Ester. Das Teilprojekt wird bearbeitet von Prof. Dr. Karl-Erich Jäger, Forschungszentrum Jülich / Universität Düsseldorf Ziel: Entwicklung einer hyperthermostabilen Lipase für Hochtemperaturanwendungen, z. B. Synthese hochschmelzender Ester. Das Teilprojekt wird bearbeitet von Prof. Dr. Karl-Erich Jäger, Forschungszentrum Jülich / Universität Düsseldorf Aktive Lipase mit mangelnder Thermostabilität Gerichtete Evolution Isolierung einer thermostabilen Lipase Strategie: Modellreaktion: Navigation

23 Care Specialties 23Dr. Oliver Thum Partner 2: TU Hamburg-Harburg Ziele: 1.Entwicklung eines alternativen Reaktorkonzeptes, zum Einsatz hochviskoser Mischungen und Suspensionen sowie 2.alternativer Immobilisierungsmethoden. Das Teilprojekt wird bearbeitet von Prof. Dr. Andreas Liese, Technische Universität Hamburg-Harburg Ziele: 1.Entwicklung eines alternativen Reaktorkonzeptes, zum Einsatz hochviskoser Mischungen und Suspensionen sowie 2.alternativer Immobilisierungsmethoden. Das Teilprojekt wird bearbeitet von Prof. Dr. Andreas Liese, Technische Universität Hamburg-Harburg Navigation Modellreaktion:

24 Care Specialties 24Dr. Oliver Thum Arbeiten bei Degussa / Goldschmidt Aufbau und Betrieb eines Laborfestbettreaktors Fermentative Herstellung aller neuen Enzyme Herstellung einsetzbarer Immobilisate Anwendung aller neuen Biokatalysatoren in der Synthese kosmetischer Produkte Aufbau und Betrieb eines Laborfestbettreaktors Fermentative Herstellung aller neuen Enzyme Herstellung einsetzbarer Immobilisate Anwendung aller neuen Biokatalysatoren in der Synthese kosmetischer Produkte Navigation

25 Care Specialties 25Dr. Oliver Thum Dank Navigation Und Ihnen für Ihre Aufmerksamkeit!


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