Aromastoffsynthesen in überkritischem Kohlendioxid

Umweltschonende enzymkatalysierte Synthese von Duft- und Aromastoffen unter Verwendung von überkritischem Kohlendioxid als Prozessmedium Eine Reihe von natürlichen Duft- und Aromastoffen, die in der Nahrungsmittel-, kosmetischen und pharmazeutischen Industrie Anwendung finden, sind Fettsäureester, die in Zellen von Pflanzen über enzymkatalysierte Prozesse im Rahmen des Stoffwechsels gebildet werden. Die Extraktion dieser Stoffe aus den Pflanzen ist kostenintensiv und die erhaltenen Produkte weisen oft eine stark schwankende Qualität auf. Daher erfolgt die konventionelle großtechnische Herstellung über chemische Synthesen, die eine Reihe von Aufarbeitungsschritten erfordern und oft bei hohen Temperaturen durchgeführt werden. Dies kann zu Zersetzungserscheinungen von hitzeempfindlichen Komponenten führen. Weiters ist nachteilig, daß die erhaltenen Produkte als "künstliche Aromen" deklariert werden müssen. Lipasen, Enzyme, die normalerweise die Hydrolyse von Fetten im Stoffwechsel von Menschen, Tieren und Bakterien katalysieren, können als Biokatalysatoren für die Herstellung von Aromastoffen (Fettsäureester, z.B. Terpenylester) in organischen Lösungsmitteln eingesetzt werden. Aufgrund der Verwendung von Biokatalysatoren kann die Synthese bei moderaten Temperaturen durchgeführt werden und das erhaltenen Produkt kann als "natürliches Aroma" deklariert werden. Eine interessante Alternative zu den organischen Lösungsmitteln stellt das Lösungsmittel überkritisches Kohlendioxid als Reaktionsmedium dar. Im Gegensatz zu organischen Lösungsmitteln, die gesundheitsschädlich, brennbar und teuer sind, ist das überkritische Kohlendioxid ungiftig, unbrennbar und kostengünstig. Es kann energieschonend über Druckabsenkung von den gelösten Stoffen abgetrennt werden und weist ein variables Lösungsvermögen auf, welches für Aufarbeitungsschritte ausgenutzt werden kann. Es ist daher ein kombinierter Synthese- und Aufarbeitungsprozess möglich unter Verwendung eines einzigen Prozessmediums. Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung und Modelierung eines kontinuierlichen biokatalytischen Produktionsprozesses zur Herstellung der Aromastoffe Geranylbutyrat und Geranylcaprylat in überkritischem Kohlendioxid. Folgende Schritte sind dafür geplant: Bestimmung von Reaktionskinetiken in diskontinuierlichen Reaktoren, Bestimmung von Phasengleichgewichten, kontinuierliche Reaktion, kontinuierliche Separation, kombinierte Reaktion/Separation, Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen.

Eine Vielzahl von Aromen- und Duftstoffen, die in der Lebensmittel-, Getränke-, kosmetischen und pharmazeutischen Industrie eingesetzt werden, sind Fettsäureester, die in Anlage mittels Enzymen synthetisiert werden. Die konventionelle Extraktion dieser Stoffe aus Pflanzematerialien ist meist sehr teuer und die Produkte variieren stark in ihrer Qualität. Daher erfolgt die großtechnische Produktion dieser Ester normalerweise durch chemische Prozesse, bei denen zahlreiche Reinigungsschritte sowie manchmal erhöhte Temperaturen zum Einsatz kommen, die zu einer Zersetzung der hitzeempfindlichen Komponenten führen. Zudem müssen diese Produkte für den Markt als "künstlich" deklariert werden. Lipasen, die normalerweise die Hydrolyse von Triglyceriden im menschlichen, tierishcen oder mirkobiellen Stoffwechsel katalysieren, können als Biokatalysator in nich wässrigen organischen Lösemitteln zur Produktion von Aromen verwendet werden (Fettsäuresester wie z.B. Terpenylester). Wegen dieser Biokatalysatoren erfolgt die Reaktion unter milden Reaktionsbedingungen und die Produkte können als "natürliches Aroma" deklariert werden. Eine interessante Alternative zu organischen Lösemitteln, welche gesundsheitsschädlich, brennbar und teuer sind, ist das überkritische Kohlendioxid (SC-CO 2 ). Dieses Reaktionsmedium ist billig, nicht toxisch, unbrennbar, besitzt ein höheres Diffusionsvermögen und ermöglich einen vereinfachten, energiesparenden Separationsprozess vom Produkt durch einfache Entspannung. Wegen der veränderbaren Lösefähigkeit des SC-CO 2 wird dieses zudem für die nachgeschaltetten Prozesse angewandt, wodurch sich ein integrierter Produktionsprozess mit einem einzigen Prozessmedium ergibt. Das Ziel dieses Projekts war die Entwicklung eines kontiniuierlichen Prozesses für die biokatalytische Produktion von Terpenylester in überkritischem Kohlendioxid. Am Beispiel von Geranylbutyrat erfolgten folgende Untersuchungen: Bestimmung der Reaktionskinetik im Batchreaktor, Bestimmung der Phasengleichgewichte, kontinuierlicher Reaktionsprozess, kontinuierlicher Seperationsprozess, intergrierter Produktionsprozess und wirtschaftliche Beurteilung.