‘Motortjes van de natuur’ helpen bij productie biologische chemicaliën.
Een enzym is een eiwit dat een reactie sneller laat verlopen, een natuurlijke katalysator. In de natuur zorgen deze biokatalysatoren voor afbraak van plantmateriaal. In de industrie worden ze gebruikt om een productieproces op gang te brengen.
Enzymen zijn als het ware de motortjes van moeder natuur. Ze worden gemaakt door schimmels en bacteriën. ‘Wij halen onze enzymen onder meer uit de bodemschimmel Myceliophthora thermophila, kortweg C1 genoemd. Er zitten tientallen enzymen in deze schimmel. Voor jam heb je naast fruit en suiker pectine nodig. Alleen al om pectine vrij te maken uit een plant zijn veertig verschillende enzymen nodig,’ zegt Sandra Hinz van Dyadic in Wageningen, een bedrijf dat enzymen ontwikkelt voor de industrie en sinds 1 januari onderdeel is van chemieconcern DuPont.
Biobrandstoffen
‘De stimulans om naar dit soort enzymen te kijken is gekomen uit de behoefte om biobrandstoffen te maken, zoals bio-ethanol en biodiesel uit planten,’ zegt haar collega Jaap Visser. ‘Vandaaruit ging de chemische industrie kijken naar mogelijkheden suikers via fermentaties om te zetten in andere moleculen die in de biochemie gebruikt kunnen worden.’
De productie van bio-ethanol met behulp van enzymen is inmiddels bekend. Maar men probeert in plaats daarvan nu ook iets anders te maken uit de vrijgekomen suikers. Bijvoorbeeld melkzuur, een grondstof voor plastics die worden gebruikt voor onder andere petflessen. Maar door vergisting van vlees-, groente- en fruitaval zijn ook andere organische zuren te maken zoals capronzuur, een belangrijk onderdeel van verf en lijm, waarvoor tot nu toe palmolie werd gebruikt.
Naast cellulose en hemicellulose bestaat een plant onder meer uit het moeilijk afbreekbare lignine. Lignine is de houtstof die stevigheid biedt aan de plant zodat die niet omvalt. ‘Door zijn stugge karakter kan het moeilijker worden afgebroken. Houtresten worden daarom nu nog meestal verbrand, zoals bij productie van bioethanol.
Lignine afbreken
Het is echter een hot topic in de enzymologie om ook lignine te kunnen afbreken met enzymen,’ zegt enzymoloog Martijn Koetsier. Doel is lignine zodanig af te breken dat er nieuwe grondstoffen ontstaan voor bijvoorbeeld schoonmaakmiddelen en cosmetica. In de biofarmaceutische hoek gaat het om specifieke werking van enzymen voor de productie van medicijnen. Koetsier: ‘Een chemische reactie is vaak ongecontroleerd en geeft vier of vijf producten, terwijl je er maar één wilt hebben. Verder ontstaan soms spiegelbeeldmoleculen met een ongewenst effect. Enzymen maken geen spiegelbeeldmoleculen en leveren alleen het gewenste product. Dat geldt ook voor de productie van geur- en smaakstoffen.’
Andere groeimarkt is diervoeding. Hierbij gaat het enerzijds om beter verteerbaar voedsel zodat een varken of kip er minder van nodig heeft om vetgemest te worden. Dat kan de boer een kostenvoordeel opleveren. Daarnaast is een betere vertering gunstig voor het milieu, omdat er minder mest wordt geproduceerd. ‘De crux is dat we zoeken naar enzymen die de vezels in mais en soja beter afbreken zodat de voedingsstoffen daaruit beter kunnen worden opgenomen door het lichaam en niet via de mest onbenut het lichaam weer verlaat,’ zegt Hinz.
Andere nieuwigheid is dat de enzymologen zoeken naar manieren om meer biogas, een brandbaar mengsel van methaan en kooldioxide, te halen uit reststromen op de boerderij. Nu worden mest en andere biomassa in een reactor gestopt om te vergisten tot biogas. Hinz: ‘Dat gebeurt vanzelf door bacteriën in het mengsel, maar er blijft altijd restmateriaal achter. Door er specifieke enzymen aan toe te voegen hou je minder restmateriaal over en uiteindelijk meer biogas.’
Koud wassen
Ook de ontwikkeling bij de wasmiddelen, een van de gebieden waar enzymen al vroeg hun intrede hebben gedaan, staat niet stil. ‘Vroeger had je nog de kookwas en moesten de gebruikte enzymen goed tegen hoge temperaturen kunnen. Nu wil men vanwege het milieu op zo laag mogelijke temperatuur wassen. Liefst met water rechtstreeks uit de kraan. Dat vraagt weer nieuwe enzymen,’ zegt Koetsier.
In de textielindustrie worden enzymen gebruikt om spijkerboeken er vaal en afgesleten te laten uit zien (stone-washed). Vroeger werden daar echte steentjes voor gebruikt. Volgens Visser zijn de toepassingen van enzymen schier oneindig. ‘Deze natuurlijke motortjes dragen steeds meer bij aan de verduurzaming van industriële processen en vermindering van het gebruik van eindige fossiele grondstoffen.’
Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief.
Lees verder: