The hydrolytic degradation of biodegradable and conventional plastics by the gastric fluid of the edible crab Cancer pagurus were assayed in-vitro with pH Stat titration. Suspensions of different microplastics were incubated with gastric fluid at 15 °C in artificial seawater. Rates of hydrolysis, as determined by counter-titration with a diluted base (NaOH), was recorded for two hours. The gastric fluid was separated by anion exchange chromatography into 65 fractions. Again, three pools of fractions were tested for their hydrolytic potential with a plastic based on polylactic acid at 30°C. Enzyme assays with fluorogenic substrates were performed with each of the 65 fractions of the gastric fluid. Methylumbelliferone derivatives of fatty acid esters (MUF-butyrate, MUF-heptanoate and MUF-oleate) were used as substrates in buffer at different pH ranging from 5 to 9 and at a temperature of 25°C. The increase in fluorescence was measured with a microplate reader. Analogously, the effect of a detergent (sodium dodecyl sulfate) on the enzymatic activity was measured. All measurements were conducted under controlled laboratory conditions.
OPTIBIOCAT is a 48 months project aimed at developing biocatalysts based on feruloyl esterases (FAEs) and glucuronoyl esterases (GEs) for production of phenolic fatty- and sugar- esters with antioxidant activity for cosmetic industry, expanding the number/type of industrial biotransformations. Selected FAEs and GEs available within the consortium will be improved for their thermo- and solvent- resistance and substrate specificity by site-directed mutagenesis and directed evolution. Novel enzymes will be discovered by mining for new genes from available genomes. An inventory of novel FAEs and GEs will be developed including 50 fungal and 500 bacterial esterases, 25 site-directed and 20 directed evolved mutants. Enzymatic performances will be optimized to enhance the yield (up to the theoretical yield of 100%) and productivity (up to 0.5-1 g/l/h) of reactions giving the main targeted antioxidants: butyl ferulate, p-coumarate, caffeate, sinapate and 5-O-(trans-feruloyl)-arabinofuranose (using FAEs), glucuronate and benzyl glucuronate (using GEs). FAEs and GEs will be also tested for production of other compounds with improved biological activity and properties of hydrophilicity/hydrophobicity for cosmetic applications. Cost-effective methods will be developed for production of the new biocatalysts, in the g/L scale, and for their technical application to produce antioxidants for cosmetic industry, up to 20L. Enzyme immobilization will increase their recyclability up to ten cycles. The ability of the developed catalysts to work in conditions miming the industrial ones with reduced use of solvents and lower temperature than the chemical routes will be demonstrated. The techno-economic viability and environmental friendliness will be assessed considering a full industrial scale scenario. OPTIBIOCAT involves a highly skilled and multidisciplinary partnership of 16 partners from 8 EU countries, and it is a strongly industry driven project through the participation of 8 SMEs and 1 large company.
In Biogasanlagen laufen mit Hinblick auf die primäre Zersetzung der hochpolymeren Biomasse (Cellulose, Hemicelllulose, Fette, Lignin, Stärke und ggf. anderer Polymere) sehr komplexe Prozesse ab, an denen primär pilzliche und bakterielle Hydrolasen beteiligt sind. Um diese Prozesse zu optimieren und dabei mögliche Engpässe zu erkennen, ist eine umfassende Charakterisierung des hydrolytischen Potentials aller Mikroorganismen (kultivierbar und nicht-kultivierbar) in ausgewählten Biogasanlagen notwendig. Für die geplanten Arbeiten werden Proben unterschiedlicher Standorte analysiert. Prinzipiell werden alle Proben genutzt, um in vitro Aktivitätsmessung für hydrolytische Aktivitäten durchzuführen. Entsprechend werden die in der Biogasanlage vorhandenen Mikroorganismen quantitativ von den zugegebenen Pflanzenmaterialien isoliert. Die gewonnenen Zellen werden einerseits aufgeschlossen um direkt Enzymaktivitäten zu messen und andererseits werden die Zellen als intakte Zellen genutzt, um im Rahmen von Biotransformation die Aktivitäten auf Polymeren Substraten zu messen Standardtest, die dabei zur Anwendung kommen, werden folgende Enzymreaktionen erfassen und quantifizieren: Cellulasen (Endo-, Exo-Cellulasen, auf löslicher Cellulose und kristalliner), Cellobiosidasen, Lipasen, Esterasen.
Das Projekt ist getragen von der Vision der Integrierten Verbundproduktion auf Basis nachwachsender Rohstoffe und der durchgängigen Entwicklung vom Labor- bis zum Produktionsmaßstab. Dieser Ansatz ist neuartig und wurde bisher noch nicht realisiert. Die durchgängige Entwicklung von Prozessen und Verfahren zur Nutzung nachwachsender Rohstoffe vom Labor- bis zum Produktionsmaßstab in einer Bioraffinerie ist ein entscheidender Faktor für die erfolgreiche Umsetzung des vorgeschlagenen Konzeptes. AP1: Auswahl alternativer heimischer pflanzlicher Öle mit technologisch wichtigen funktionellen Inhaltsstoffen.AP2: Screening nach und Charakterisierung von Esterasen und Lipasen.AP3: Enzymscreening, Untersuchung und verfahrenstechnische Optimierung der vollständigen und partiellen enzymatischen Fettspaltung, Enzymscreening, Untersuchung und verfahrenstechnische Optimierung der regioselektiven Fettspaltung. Die identifizierten und optimierten Enzyme werden patentiert und danach als Enzyme vermarktet und in Verfahren zur Herstellung von hochwertigen Produkten eingesetzt werden. Die Resultate dieses Projekts würden daher auf zwei Wachstumsmärkten (Transformation nachwachsender Rohstoffe, Industrieenzyme) kommerzialisiert werden und hier die führende Stellung des Standortes absichern. Für die Firma EUCODIS Bioscience selbst wäre dies ein weiterer Meilenstein für seine strategische Entwicklung (eigene Produkte, Erreichen der kritischen Größe für einen IPO).
Im Unterschied zu den fossilen Rohstoffen Erdöl und Kohle sind Lignocellulosen wie Holz und Stroh in nahezu unerschöpflicher Menge vorhanden. Ziel des Vorhabens ist es, die Hauptbestandteile der pflanzlichen Zellwand Lignin, Cellulose und Hemicellulose mittels eines neuen mechanisch/enzymatischen Verfahrens aufzuschließen und diese damit wesentlich besser als bislang technisch nutzbar zu machen. Aus jüngsten eigenen Vorarbeiten geht eindeutig hervor, dass Enzyme aus der Klasse der Esterasen eine wesentliche Rolle beim natürlichen Abbau von Lignocellulosen durch holzzersetzende Pilze spielen. Diese Erkenntnis soll im Rahmen des Kooperationsprojektes dazu genutzt werden, die in Russland aktuell in Entwicklung befindlichen Enzymcocktails signifikant zu verbessern. Dazu müssen die neuen Enzyme zunächst auf molekularer Ebene charakterisiert werden. Darauf aufbauend werden geeignete Produktionsorganismen für industrielle Enzymcocktails auf Basis von Penicillium-Stämmen generiert. Die wissenschaftlichen Expertisen der beteiligten Partner sind in idealer Weise komplementär und sollen zum Aufbau einer langfristig tragfähigen Kooperation über das beantragte Projekt hinaus genutzt werden.
Oxidationen unter Vermittlung hochreaktiver Persäuren stellen eine wichtige Gruppe chemischer Reaktionen mit vielfältigem synthetischem Potential dar. Hervorzuheben sind beispielsweise die Prileschajew-Oxidation zur Erzeugung von Epoxiden, die Bayer-Villiger-Oxidation zur Synthese von Estern (speziell Lactonen) und die Rubottom-Oxidation zur Darstellung von ?-Hydroxyaldehyden und -ketonen. Bei stöchiometrischem Einsatz der essentiellen Persäuren, beispielsweise m-Chlorperbenzoesäure, ist die Realisierung der Reaktionen im technischen Maßstab jedoch unter ökologischen wie sicherheitstechnischen Aspekten problematisch, da die Bereitstellung der Persäuren zum einen den nicht katalytischen Einsatz starker Mineralsäuren und zum anderen den Transport und die Handhabung konzentrierter Lösungen dieser explosiven Reaktanden in großen Mengen erfordert. Abhilfe kann durch die in situ Erzeugung der Persäuren gekoppelt mit dem direkten Umsatz im Reaktionsverlauf geschaffen werden. Unter besonders milden und umweltverträglichen Bedingungen ist dies bei Verwendung von Biokatalysatoren, konkret Vertretern von (Per)Hydrolasen wie Lipasen und Esterasen, möglich. Zielstellung des Projektes ist die Entwicklung einer Systemlösung zur technischen Realisierung Persäure-vermittelter Oxidationsreaktionen unter elektro-enzymatischer in situ Generation der Persäuren am Beispiel der Prileschajew-Oxidation bicyclischer Monoterpene (z.B. Pinen).
Der Lebensmittelindustrie stehen auf der Basis von Schimmelpilzen gewonnene Pektinase zur Verfuegung, sie stellen komplexe und zur zum Teil definierte Gemische dar, unerwuenschte Nebenprodukte beschraenken ihren Einsatz (z.B.: Methanolbildung durch Esteraseaktivitaet und Mycotoxine). Es bieten sich Hefen als Produzenten von Pektinasen an, Ziel der geplanten Arbeiten ist die Untersuchung des Pektinasespektrums bei Hefen, der Eignung der Enzyme fuer spezielle Bereiche der Lebensmitteltechnologie sowie Fragen der Enzymisolierung und Charakterisierung. Daran anschliessend sollen sich Arbeiten ueber die Optimierung der Enzymproduktion mit Hefen und Untersuchungen ueber die Nutzung von Nebenprodukten der Lebensmittelindustrie (z.B. Presswaesser, Schlempe, Molke usw.) zur Produktion von Hefepektinasen.
Ziel des Projekts ist der Aufbau und die Evaluierung eines biotechnologischen Produktionsverfahrens zur fermentativen Synthese von Harzsäuren. Identifizierung, rekombinante Expression und Evaluierung geeigneter Enzyme zur Synthese von Harzsäuren bzw. entsprechender Ester aus GGPP. Relevante Enzymklassen sind Diterpen-Synthasen, spezifische Cytochrom-P450-Monooxygenasen, sowie Esterasen (Lipasen). Erfolgreich getestete Einzelenzyme der verschiedenen Klassen werden dann zur Implementierung und Testung eines synthetischen Stoffwechselwegs verwendet. Bei erfolgreichem Nachweis der Produktbildung erfolgt im Anschluss die Ausbeuteoptimierung des Verfahrens über geeignete Stammentwicklung (i.a. Feinabstimmung der Enzymaktivitäten, Einsatz von Helferproteinen). Weitere Arbeiten widmen sich der Evaluierung von Möglichkeiten zur gezielten Herstellung neuartiger Produktqualitäten über die Koexpression weiteren Enzyme. Die gezielte Erzeugung von Harzsäuregemischen definierter Zusammensetzung und insbesondere auch die bio-katalytischen Herstellung von Harzsäure-Estern steht hier im Fokus.
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