Helmholtz-Gemeinschaft

Einleitung
reinen organischen Lösungsmitteln (mit sehr geringem Wasseranteil Abb. 2, siehe Kapitel
1.2) finden Zweiphasensysteme mit größeren Wasseranteilen und mit Wasser nicht
mischbaren organischen Lösungsmitteln Anwendung. Mikroemulsionen (Abb. 2 B) bilden
aus makroskopischer Sicht eine homogene Mischung aus einer wässrigen Komponente, einer
organischen Komponente und einem Tensid. Die Mischung der Komponenten führt zu einer
stabilen Emulsion (Orlich und Schomaecker, 1999). Durch den amphiphilen Charakter des
Tensids werden kleine wässrige Tropfen (Reverse Mizellen) von der organischen Phase
abgeschirmt, in denen der Biokatalysator und benötigte Kofaktoren eingeschlossen werden. In
diesen Systemen kann allerdings keine Phasentrennung erfolgen, was eine Produktabtrennung
sowie die Rückgewinnung des Enzyms erschwert, zusätzlich können die Tenside einen
negativen Einfluss auf die Stabilität von Enzymen besitzen (Carvalho und Cabral, 2000).
Abb. 2: Beispiele von Systemen für die Biokatalyse in organischen oder organisch-wässrigen Zweiphasensystemen.
A) rein organische Systeme mit enzymgebundenen Wassermolekülen. B) stabile Mikroemulsion mit
Reversen Mizellen, welche durch die Umlagerung von Wassertröpfchen durch Tenside gebildet werden. C)
Zweiphasensystem mit umfangreicher wässriger Phase. Blau = Wasser/Puffer, rot = organisches Solvents.
Einfachere Zweiphasensysteme (Abb. 2C) bestehen aus einer umfangreichen wässrigen Phase
und einer organischen Phase, welche durch nur eine Grenzfläche (Interphase) voneinander
getrennt sind.
Das Reaktionsprinzip in solchen Zweiphasensystemen ist immer gleich (Abb. 3). Das Enzym
und die hydrophilen Kofaktoren werden ausschließlich in der wässrigen Phase gelöst,
während das hydrophobe Substrat in hohen Konzentrationen im organischen Lösungsmittel
gelöst wird. Abhängig vom Verteilungskoeffizienten des Substrates in den beiden Phasen,
diffundiert ein Teil in die wässrige Phase und kann dort von dem Biokatalysator zum
entsprechenden Produkt umgesetzt werden. Je nach Löslichkeit des Produkts wird es aus der
wässrigen Phase in die organische Phase extrahiert. Da das Substrat stetig umgesetzt wird,
diffundiert es konstant in die wässrige Phase nach. Aufgrund der Beschränkung des
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