Lactobionsäure wird unter anderem in Kosmetik und Lebensmitteln eingesetzt und ist auch für pharmazeutische und medizinische Anwendungen interessant. Die Verbindung kann Wasser binden, Metallionen komplexieren und wirkt antioxidativ. Hergestellt wird sie durch die Oxidation von Lactose. Forschende aus dem polnischen Lublin haben nun ein wiederverwendbares Enzymsystem für diesen Prozess entwickelt. Die Studie ist im Fachjournal „Molecules“ erschienen.

Zwei Pilzenzyme arbeiten zusammen

Zum Einsatz kamen zwei Enzyme aus holzabbauenden Weißfäulepilzen. Eine Cellobiose-Dehydrogenase aus Phanerodontia chrysosporium oxidiert die Lactose. Dafür benötigt sie einen chemischen Elektronenüberträger. Eine Laccase aus Cerrena unicolor regeneriert diesen sogenannten Redoxmediator, sodass er erneut Elektronen aufnehmen kann. Beide Enzyme ergänzen sich damit in einer Reaktionskaskade.

Freie Enzyme lassen sich nach der Reaktion nur schwer zurückgewinnen. Das Team befestigte die Biokatalysatoren deshalb auf gefällter Kieselsäure. Das poröse und vergleichsweise preiswerte Material wird bereits industriell eingesetzt. Seine Oberfläche wurde chemisch so verändert, dass die Enzyme daran haften konnten. Verglichen wurden Systeme mit einzeln fixierten Enzymen und eine Variante, bei der beide gemeinsam auf demselben Träger saßen.

Hohe Umwandlung nach zehn Durchläufen

Die gemeinsame Fixierung der Enzyme erwies sich als besonders wirksam. Nach zehn aufeinanderfolgenden Reaktionszyklen wurden den Forschenden zufolge noch 90 Prozent der eingesetzten Lactose in Lactobionsäure umgewandelt. Die Immobilisierung erhöhte zudem die Stabilität der Enzyme und erleichterte ihre Abtrennung aus dem Reaktionsgemisch. Der Biokatalysator könnte dadurch mehrfach eingesetzt werden und den Bedarf an frischen Enzymen senken.

Bislang wurde das Verfahren im Labormaßstab mit Lactose erprobt. Ob es sich auch mit lactosehaltigen Nebenströmen aus der Milchverarbeitung effizient betreiben lässt, muss noch untersucht werden. Die wiederverwendbare Enzymkaskade liefert dafür einen technisch interessanten Ansatz.

ag