Helmholtz-Gemeinschaft

Einleitung
mitteln ermöglichen die Kontrolle über die Konzentration der Substrate und Produkte in der
reaktiven Phase und nehmen direkten Einfluss auf die Reaktionsrate sowie Substrat- oder
Produktinhibierung bzw. Inaktivierung. Abhängig von der gelösten Substratkonzentration und
dem Volumenverhältnis der beiden Phasen kann die Substratkonzentration in der reaktiven
Phase über einen langen Zeitraum konstant gehalten werden. Bei guter Extraktion des
Produkts aus der reaktiven Phase wird das Reaktionsgleichgewicht verschoben, was zu
verbesserten Umsätzen und damit Produktausbeuten führen kann. Das Gleichgewicht,
welches zwischen Substrat und Produkt in der organischen Phase erreicht werden kann, sollte
hinsichtlich verbesserter Produktausbeuten nicht außer Acht gelassen werden. Besonders in
industriell genutzten Prozessen spielen auch Kosten und Umweltverträglichkeit eine
erhebliche Rolle. Bei flüssigen Substraten kann die organische Phase auch aus dem Substrat
selbst bestehen (Carrea, 1984, Eggers et al., 1989, Halling, 1987, Halling, 1990, Kim et al.,
2007). Dabei kann es vorkommen, dass das Produkt in der Substratphase nicht löslich ist, die
Produktreinigung kann aber z.B. bei Präzipitation trotzdem recht einfach sein (Kühl et al.,
2007). Die Löslichkeit von Reaktanden sowie der Verteilungskoeffizient können heutzutage
recht präzise berechnet werden (Halling, 1990, Peters et al., 2007, Peters et al., 2008, Spiess
et al., 2008), aber die Effekte auf die Enzyme selbst sind nur schwer vorhersagbar.
Generell zeigen Biokatalysatoren welche in wässrigen Medien aktiv sind, auch Aktivität in
den besprochenen Zweiphasensystemen (Straathof, 2003). Lipasen nehmen eine Sonderstellung
ein, da sie erst durch den Kontakt an der Interphase aktiviert werden. Deshalb sind
Systeme mit großen Interphasenflächen für Lipasen besonders geeignet. Zweiphasensysteme
können für gereinigte Enzyme oder Ganzzell-Biokatalysatoren verwendet werden. Durch die
Möglichkeit höhere Substratkonzentrationen einzusetzen, können bessere Reaktionsraten,
Umsätze und Ausbeuten bei gleichzeitiger Verringerung des Reaktionsvolumens erzielt
werden (Carrea, 1984, Halling, 1987, Halling, 1990). Wenn nötig können Substrat- und
Produktkonzentration in der reaktiven Phase gering gehalten werden, z.B. bei großer
Sensibilität der Katalysatoren gegenüber einem der beiden Reaktanden (Carrea, 1984, Kim et
al., 2007). Des Weiteren können hydrophile Kofaktoren eingesetzt werden und die Kofaktorregeneration
parallel betrieben werden (Carrea, 1984). Nach Phasentrennung (dies gilt nicht
für Mikroemulsionen) kann das Produkt in der Regel aus der organischen Phase gewonnen
werden, während der Katalysator in der wässrigen Phase zurückgehalten wird (Carrea, 1984,
Halling, 1987, Halling, 1990). Aber in den meisten Fällen ist ein negativer Effekt auf die
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