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

Navigation Überblick Anforderungen an kosmetische Rohstoffe Biokatalyse für die Kosmetik Möglichkeiten und Limitierungen Forschungsziele Dr. Oliver Thum 12.10.2005

Überblick Navigation Dr. Oliver Thum 12.10.2005

Vorteile enzymatischer Produkte Übersicht Überblick über die Anforderungen der kosmetischen Industrie an moderne Inhaltsstoffe Möglichkeiten der weißen Biotechnologie als innovative und nachhaltige Technologieplattform Vorteile enzymatischer Produkte Limitierungen des verfügbaren Standes der Technik und Ideen zu deren Behebung Navigation Dr. Oliver Thum 12.10.2005

Anforderungen an kosmetische Rohstoffe Navigation Dr. Oliver Thum 12.10.2005

Anforderungen der kosmetischen Industrie Einfach zu verarbeiten Mildheit Berücksichtigung aktueller Trends und Entwicklungen Nachhaltiger Umweltschutz “Value for money” Dr. Oliver Thum 12.10.2005

Weltmarkt Surfactants Kationische und amphotere Surfactants Nichtionische Surfactants: Alkylpolyglucoside 40 kt Ethoxylate und Propoxylate Anionische Surfactants: Lineare Alkylbenzolsulfonate Fettalkoholsulfate Fettalkoholethersulfate 470 kt 1340 kt 1770 kt Dr. Oliver Thum 12.10.2005

Beispiel eines „modernen“ Inhaltsstoffs AXOL C62: Glyceryl stearate citrate Dr. Oliver Thum 12.10.2005

Biokatalyse für die Kosmetik Navigation Dr. Oliver Thum 12.10.2005

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. Dr. Oliver Thum 12.10.2005

Konventionelle vs. Enzymatische Produktion Decyl Oleat, Tegosoft® DO Navigation Dr. Oliver Thum 12.10.2005

Konventionelle vs. Enzymatische Produktion Vorteil 1: Prozess-Vereinfachung aqueous waste raw mat. reaction desodor. bleaching drying filtration packing catalyst steam bleach filter aid volatile comp. solid waste conventional > 180°C 140°C 100°C 60°C 20°C applied temperature raw mat. reaction packing catalyst recycled enzymatic Navigation Dr. Oliver Thum 12.10.2005

Konventionelle vs. Enzymatische Produktion Vorteil 2: Nachhaltiger Prozess Vorteil 1: Prozess-Vereinfachung aqueous waste raw mat. reaction desodor. bleaching drying filtration packing catalyst steam bleach filter aid volatile comp. solid waste conventional > 180°C 140°C 100°C 60°C 20°C applied temperature raw mat. reaction packing catalyst recycled enzymatic Navigation Dr. Oliver Thum 12.10.2005

Vorteil 3: Qualitativ hochwertige Produkte Analyse verschiedener Muster von Myristyl Myristate Enzymatisch Wettbew. 1 Wettbew. 2 Wettbew. 3 Wettbew. 4 GC: Reinheit [%] 97.5 95.0 88.6 94.5 80.1 GC: C14-OH [%] 0.8 1.6 4.7 4.1 GC: unbek. [%] 0.4 1.4 2.2 4.2 Farbe @ 50°C 6 48 32 trübe OH-Zahl 3 8.7 14.0 13.0 Peroxid-Zahl < 0.1 6.0 1.7 Schmelzpunkt [°C] 42.5 40 39 Navigation Dr. Oliver Thum 12.10.2005

Vorteil 3: Qualitativ hochwertige Produkte Cetyl Ricinoleat, ein kosmetisches Wachs (TEGOSOFT® CR) Konventionelles Produkt GC Signal Zeit 23 % 61 % 12 % Cetylakohol Produkt Dimer GC Signal Zeit Enzymatisch hergestelltes TEGOSOFT® CR 4 % 93 % 3 % Produkt Cetylalkohol Dimer Navigation Dr. Oliver Thum 12.10.2005

Möglichkeiten und Limitierungen Navigation Dr. Oliver Thum 12.10.2005

Vorteile auf einen Blick 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. Navigation Dr. Oliver Thum 12.10.2005

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. Navigation Dr. Oliver Thum 12.10.2005

Forschungsziele Navigation Dr. Oliver Thum 12.10.2005

FNR Projekt FKZ: 220-201-03 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 Dr. Oliver Thum 12.10.2005

Potentielle Neuprodukte Reaktionsprodukte von Fettsäuren und deren Derivaten (z. B. Methylester) mit polaren, nachwachsenden Rohstoffen, z. B.: Dr. Oliver Thum 12.10.2005

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 Aktive Lipase mit mangelnder Thermostabilität Gerichtete Evolution Isolierung einer thermostabilen Lipase Strategie: Modellreaktion: Navigation Dr. Oliver Thum 12.10.2005

Partner 2: TU Hamburg-Harburg Ziele: Entwicklung eines alternativen Reaktorkonzeptes, zum Einsatz hochviskoser Mischungen und Suspensionen sowie alternativer Immobilisierungsmethoden. Das Teilprojekt wird bearbeitet von Prof. Dr. Andreas Liese, Technische Universität Hamburg-Harburg Modellreaktion: Navigation Dr. Oliver Thum 12.10.2005

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 Navigation Dr. Oliver Thum 12.10.2005

Und Ihnen für Ihre Aufmerksamkeit! Dank Und Ihnen für Ihre Aufmerksamkeit! Navigation Dr. Oliver Thum 12.10.2005