Characterisierung der Pektin abbauenden Enzyme aus neu isolierten, thermophilen Geobacillus thermocatenulatus PB94A

Naturfasern pflanzlichen Ursprungs bestehen hauptsächlich aus Cellulose und weiteren Kohlenhydrapolymeren wie Pektin und Hemicellulose sowie Lignin. Einige natürliche Pflanzenfasern haben eine große industrielle Bedeutung vor allem beim Einsatz in der Textil- und der Papierindustrie. Herausragend ist hier die Stellung der Baumwollfaser. Eine weitere Klasse von Pflanzenfasern sind die Bastfasern z.B. Jute, Ramie, Flachs und Hanf.

Im Allgemeinen bieten Bastfaserpflanzen als Produktionspflanzen für Naturfasern für den europäischen Raum einen großen Vorteil gegenüber Baumwolle, der weltweit am meisten verbreiteten Naturfaser. Im Gegensatz zur Baumwolle wachsen Bastfaserpflanzen auch unter gemäßigten klimatischen Bedingungen sehr gut. Während der Kultivierung von Bastfaserpflanzen wie Hanf and Flachs ist der Aufwand an Herbiziden und Pestiziden gering und die Ausbeute ist im Allgemeinen sehr hoch. Während Baumwolle bei Einsatz von vielen Herbiziden und Pestiziden und häufig stark Bewässerung aufgrund des benötigten warmen Klimas einen Flächenertrag von 300-1100 kg Fasern pro Hektar erzielt, können die Flächenerträge bei Hanf durchaus zweieinhalbe bis dreimal so hoch sein und in besonders guten Fällen sogar 4100 kg Fasern pro Hektar erreichen. Für die Anwendung im technischen Bereich, also die Nutzung von Naturfasern in Faserverbundwerksstoffen eignen sich Bastfasen besonders, da sie über sehr gute mechanische Eigenschaften verfügen. Die geringe Dichte bei gleichzeitig hoher Reißfestigkeit und hoher Steifigkeit macht Bastfasern für diesen Bereich sehr interessant.

Pektinasen ist der allgemeine Überbegriff für Enzyme, die in der Lage sind, Pektin abzubauen. Ein wichtiger Verwendungszweck für Pektinasen ist die Behandlung von Naturfasern, wobei hier sowohl die Behandlung von Baumwoll- als auch die Behandlung von Bastfasern genannt werden muss. Während der Behandlung von Baumwollfasern kommen Pektinasen vor allem bei der Entfernung der Schlichte, einer Beschichtung der Faser, die für eine höhere Geschmeidigkeit während der Verarbeitung sorgt, nach der Herstellung von Gewebe zum Einsatz. Bei der Behandlung von Bastfasern steht die Vereinzelung der Cellulosefasern im Vordergrund, wobei es hierfür noch kein etabliertes technisches Verfahren gibt. Die bisher eingesetzten Enzyme stammen sowohl von Bakterien als auch von Pilzen. Ein Problem bei der Bastfaserbehandlung mit diesen Enzymen ergibt sich daraus, dass es sich hierbei um Enzymmischungen handelt, die auch Cellulaseaktivität enthalten, was zu einer Schädigung der Fasern führt.

Aus ägyptischen Flachsfasern wurde ein thermo- und alkaliphiler Bakterienstamm ,G. thermocatenulatus PB94A, isoliert. Dieses Bakterium hat ihre Fähigkeit, Pektin abbauende Enzyme ohne jegliche Cellulaseaktivität zu produzieren. Eine Inkubation von Hanffasern mit Kulturen dieser Organismen resultierte in einer erheblichen Reduktion des Faserpektins und in einer Verfeinerung der Fasern.

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Pektin abbauenden Enzyme aus diesen Bakterien nachzuweisen, zu isolieren und zu charakterisieren. Diese Enzyme wurden genauer charakterisiert und mit vorhandenen kommerziell erhältlichen Enzymen verglichen. Dabei zeigte es sich, dass die Enzyme aus G. thermocatenulatus PB94 für die Bastfaserbehandlung wesentlich geeigneter als kommerziell erhältliche Enzyme sind. Diese Erkenntnisse sollen in einem zukünftigen Projekt in ein technisches Verfahren umgesetzt werden.