Ob bei der Herstellung von chemischen Bausteinen oder von pharmazeutischen Wirkstoffen – bis auf wenige Ausnahmen findet die technische Nutzung von Enzymen bislang in wässriger Umgebung statt. Da viele chemische und pharmazeutische Produkte (und deren Vorläufer) in Wasser kaum gelöst werden können, schränkt dies die Einsatzbreite der Enzyme jedoch stark ein. Ein Ausweg ist der Einsatz von Emulsionen. Bislang wurden vor allem Mikroemulsionen untersucht. Das sind kleine, von Tensiden umhüllte Wassertropfen, die in einem wasserabweisenden Lösungsmittel wie zum Beispiel einem Öl verteilt sind. Im Wassertropfen sind die Enzyme, im Lösungsmittel die Ausgangsstoffe und Endprodukte. Ein Nachteil dieser Mikroemulsionen ist allerdings die schwierige Abtrennung für die ökonomisch erforderliche mehrfache bzw. kontinuierliche Anwendung. Das ist der Grund, warum die Ingenieurin Drews von der Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin und die Naturwissenschaftlerin Ansorge-Schumacher von der Technischen Universität Dresden auf Pickering-Emulsionen setzen. Im Gegensatz zu Tensiden verlassen Nanopartikel nicht die Oberfläche des Wassertropfens und es bilden sich stabile und größere Vesikel, die leichter abzutrennen sind. Als Material für die Nanopartikel kommen zum Beispiel Silikate in Frage.

Die Forscherinnen haben alpha-Hydroxyketone als ein wichtiges Produkt für die Feinchemie und die pharmazeutische Industrie identifiziert. Diese Substanzen konnten bisher chemisch nicht stereospezifisch hergestellt werden. Noch dazu lösen sie sich kaum in Wasser: ein idealer Kandidat also für die Herstellung in einem Bioreaktor mit Pickering-Emulsionen. Zunächst soll das am besten geeignete Reaktionssystem gefunden, dann die kontinuierliche biokatalytische Herstellung im Membranreaktor entwickelt werden. Für die nahe Zukunft planen Drews und Ansorge-Schumacher, diesen Prozess mengenmäßig Stück für Stück nach oben, bis hin zum Industriemaßstab zu skalieren – und auch mehrstufige Synthesen zu verwirklichen. So wollen sie modular aufgebaute Bioreaktionssysteme mit mehreren, durch Membranen voneinander abgegrenzten Räumen entwickeln. (ml)