DBU – Wir fördern Innovationen

Die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) ist eine der größten Stiftungen in Europa. Sie fördert innovative beispiel-hafte Projekte zum Umweltschutz. Die DBU unterstützt Projekte aus den Bereichen Umwelttechnik, Umweltfor-schung und Naturschutz, Umweltkommunikation sowie Umwelt und Kulturgüter.

Allgemeine Voraussetzungen für eine Förderung sind die folgenden drei Kriterien:

Innovation Modellcharakter Umweltentlastung

Die Deutsche Bundesstiftung Umwelt setzt bei ihrer Förder-tätigkeit insbesondere auf den produkt- und produktions-integrierten Umweltschutz. Im Mittelpunkt der Förderung stehen kleine und mittlere Unternehmen.

Biotechnologische Produktion von Perillasäure

Deutsche Bundesstiftung Umwelt

Innovationen für die Umwelt

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per Post per E-Mail Kurzinformationen zur DBU und zum ZUK

Informationen zum Deutschen Umweltpreis Publikationsliste der Deutschen Bundesstiftung Umwelt Informationen zur internationalen Fördertätigkeit der DBU

(in englischer Sprache) Informationen zu den Stipendienprogrammen der DBU Informationen zu Ausstellungen im ZUK Einladungen zu Veranstaltungen im ZUK

Forschung|Hochschule Bildungseinrichtung Umweltverband sonstige

Ich möchte mit Ihnen in Kontakt bleiben und habe Interesse an Informationen über die Deutsche Bundesstiftung Umwelt

Ausgabe: 13119-25|06

HerausgeberDeutsche Bundesstiftung UmweltAn der Bornau 249090 OsnabrückTelefon 05 41|96 33-0www.dbu.de

VerantwortlichDr. Markus Große Ophoff

Text und RedaktionDr. Rainer ErbZentrum fürUmweltkommunikationder DBU gGmbH (ZUK)

Englische ZusammenfassungAntoinette Bismark (ZUK)

GestaltungSabine Lohaus (ZUK)

Gesamtherstellungklr mediapartner Druck und Medien GmbH, Lengerich

Ausgabe13119-25|06

Gedruckt mit ÖkoPLUS-Druckfarben ohne Mineralöle auf einem Papier, das zu 100 % aus Altpapier hergestellt wurde.

One successful examplefor the DBU project support:Biotechnological production of perillic acid The project partners jointly developed an ecological bioprocess that allows the technical synthesis of natural monoterpen acids for the first time. The desired product R-(+)-perillic acid was produced from limonen through biotransformation with the bacterium Pseudomonas putida. Perillic acid is used as preservative in cosmetics and pharmacy as natural aromatic substance with anti-microbial effect, it is highly effective already at a very inferior dosage. Meanwhile, the Dr. Rieks GmbH produces perillic acid in the hundred kilogram scale and sample batchs were already tested successfully with customers.

Ecological advantages With limonen a by-product of regrowing raw materials serves as basis for the biotechnological synthesis of the perillic acid which is produced under environmentally friendly conditions. As natural product, perillic acid offers the potential to oust environment- and health-problematic halogen-organic preservatives in cosmetic and pharmaceutical formulations. Especially, the reprocessing is advantageous and environmentally-friendly.

Deutsche Bundesstiftung Umwelt

Biotechnologische Produktion von PerillasäureErstmals wurde ein umweltgerechter Bioprozess entwickelt, der die technische Synthese natürlicher Monoterpensäuren ermöglicht. Aus dem umweltgefährlichen Reststoff Limonen wurde mittels Biotrans-formation durch das Bakterium Pseudomonas putida das Zielprodukt R-(+)-Perillasäure hergestellt. Perillasäure wird als natürlicher Duftstoff mit antimikrobieller Wirkung als Konservierungsmittel in Kosmetik und Pharmazie eingesetzt; sie ist bereits bei sehr geringer Dosierung hoch wirksam. Die Dr. Rieks GmbH produziert Perillasäure mittlerweile im Hundert-Kilogramm-Maßstab; Musterchargen wurden bereits bei Kunden erfolgreich getestet.

Antimikrobielle Monoterpenwirkstoffe Natürliche Monoterpensäuren, insbesondere die Perillasäure, werden aufgrund ihres pilz- und bakterienhemmenden Wirkspektrums sowohl in der Natur- und High-Tech-Kosme-tik als auch in der pharmazeutischen Indus-trie als Konservierungsmittel eingesetzt. Der Bedarf leitet sich zum einen aus dem Trend zum freiwilligen Verzicht auf chemische Konservierungsmittel ab, zum anderen wird er durch Aspekte des Verbraucherschutzes getrieben. Verglichen mit konventionellen, in der Regel Formaldehyd-abspaltenden Konservierungsmitteln weist Perillasäure ein deutlich geringeres allergenes und haut-sensibilisierendes Potenzial auf.

Das Bakterium Pseudomonas putida vermag aus der natürlichen Ausgangs-verbindung Limonen das Zielprodukt Perillasäure herzustellen. In der Citrus- verarbeitenden Industrie fallen weltweit jährlich rund 50.000-75.000 Tonnen Limonen als Reststofffraktionen an, die als »Abfallprodukt« zu einem Preis von unter 3 €/kg entsprechend billig verfügbar sind; für das Produkt Perillasäure wird je nach Reinheitsgrad ein Preis zwischen 300 und 600 €/kg erzielt.

Integrierter BioprozessDie Herausforderung an den entwickelten Biotransformationsprozess – und der Grund, warum es einen solchen Prozess bisher nicht gab – lag darin, dass sowohl Ausgangsstoffe als auch Produkte für die Bakterien, welche die Perillasäure herstellen, giftig sind; der Aus-gangsstoff ist zudem auch noch flüchtig. Diese Hindernisse wurden durch die technische Ausgestaltung des zu entwickelnden Biopro-zesses überwunden, wie beispielsweise durch vitalitätsabhängige Limonen-Zufütterung und in situ-Produktabtrennung. Im Produktions-maßstab wird dabei eine Produktkonzentra-tion von bis zu 15 Gramm pro Liter erzielt, die Produktivität liegt bei circa 4 Gramm pro Liter und Tag.

Mit dem entwickelten Prozess steht eine Technologieplattform für Monoterpen-Wirk-stoffe zur Verfügung, die ohne wesentliche Änderungen neben der Kosmetik- auch in der Farben- und Lackindustrie und im Bereich der Aromenproduktion einsetzbar ist.

Bioreaktor im Labor

Agardiffusionstest. Die antimikrobielle Wirkung von Perillasäure gegen Aspergillus niger DSM 1988 (links) bzw. Bacillus subtilis DSM 347 (rechts) zeigt sich an den Hemmhöfen. Je mehr Perillasäure zugegeben wurde, desto größer ist die Zone, in der die Mikroorganismen nicht wachsen können.

Biokonversion von R-(+)-Limonen zu R-(+)-Perillasäure mit Pseudomonas putida.

Ökologische VorteileMit Limonen dient ein Abfallprodukt nach-wachsender Rohstoffe als Ausgangsstoff für die biotechnologische Synthese der Perillasäure. Diese wird mit dem entwickelten Verfahren unter umweltgerechten Bedin-gungen hergestellt. Als natürliches Produkt hat Perillasäure das Potenzial, umwelt- und gesundheitsproblematische halogenorga-nische Konservierungsmittel in kosmetischen und pharmazeutischen Formulierungen zu verdrängen. Insbesondere zeichnet sich auch die Produktaufarbeitung als kostengünstig und umweltschonend aus.

ProjektthemaEntwicklung eines Bioprozesses zur Produktion natürlicher antimikrobieller Monoterpen-Wirkstoffe am Beispiel der Synthese von Perillasäure

ProjektdurchführungDECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V.Karl-Winnacker-InstitutDr. Jens SchraderTelefon 069|7564-422Telefax 069|7564-388schrader@dechema.dehttp://kwi.dechema.de/

KooperationspartnerDr. Rieks GmbH, UetersenDr. Markus Kählerkaehler@riekslab.dewww.riekslab.de

AZ 13119