Biotechnologische Produktion von Perillasäure

Aus dem umweltgefährlichen Reststoff Limonen wurde mittels Bio­trans­formation 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-Kosmetik als auch in der pharmazeutischen Industrie 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 haut­sensibilisierendes Potenzial auf.
Das Bakterium Pseudomonas putida vermag aus der natürlichen Ausgangs­ver­bindung 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 Bioprozess
Die 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 Ausgangsstoff ist zudem auch noch flüchtig. Diese Hindernisse wurden durch die technische Ausgestaltung des zu entwickelnden Bioprozesses überwunden, wie beispielsweise durch vitalitätsabhängige Limonen-Zufütterung und in situ-Produktabtrennung. Im Produktionsmaßstab wird dabei eine Produktkonzentration 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-Wirkstoffe zur Verfügung, die ohne wesentliche Änderungen neben der Kosmetik- auch in der Farben- und Lackindustrie und im Bereich der Aromenproduktion einsetzbar ist.

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

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

Projektdurchführung
DECHEMA Gesellschaft für Chemische
Technik und Biotechnologie e.V.
Karl-Winnacker-Institut
Dr. Jens Schrader
Telefon    069|7564-422
Telefax    069|7564-388
schrader@dechema.de
http://kwi.dechema.de/

Kooperationspartner
Dr. Rieks GmbH, Uetersen
Dr. Markus Kähler
kaehler@riekslab.de
www.riekslab.de