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Photoautotrophe Generierung von Hochwertprodukten

Photoautotrophe Generierung von Hochwertprodukten
Ansprechpartner:

M.Sc. Biotechnol. Kira Schediwy

Starttermin:

2016

Die Forschung im Bereich der Mikroalgen konzentriert sich in vielen Projekten auf die Entwicklung großindustrieller Produkte, z.B. in der Nahrungs- und Futtermittelindustrie. Aufgrund der relativ geringen Produktpreise und des großen Produktionsmaßstabs sind dabei die Nutzung von Sonnenlicht als natürliche Energiequelle und die Kultivierung im Freien unabdingbar. Im Gegensatz dazu spielt bei der Generierung von Hochwertprodukten die Energieeffizienz eine untergeordnete Rolle und der Produktionsmaßstab ist um Größenordnungen kleiner.

Die Kultivierungen von Mikroalgen zur Gewinnung von Hochwertprodukten können somit im Labor unter streng definierten Bedingungen durchgeführt werden und sind übertragbar zwischen verschiedenen Standorten. Zudem umfassen die Möglichkeiten im Indoor-Bereich wesentlich mehr Freiheitsgrade vor allem in Bezug auf die Lichtbedingungen und die Temperatur als die klimatischen Verhältnisse im Outdoor-Bereich.

Innerhalb des Projekts KMU-innovativ-15 wird ein neuartiger Photobioreaktor verwendet. Das Wachstum der Grünalge Chlorella vulgaris soll in diesem Photobioreaktor optimiert werden. Dafür werden zunächst die Licht- und Temperaturbedingungen sowie die Nährstoffkonzentrationen voneinander entkoppelt in kleinerem Maßstab variiert und die physiologischen Effekte untersucht. Mithilfe dieser Ergebnisse soll eine optimale Wachstumsstrategie entwickelt und anschließend in dem Photobioreaktor getestet werden.

Die Generierung bestimmter Biomassekonstituenten erfordert Kultivierungsparameter, die deren Produktion induzieren. Der Metabolismus von Algen reagiert beispielsweise auf Änderungen der Lichtbedingungen, der Temperatur oder der Nährstoffversorgung. Hohe Lichtintensitäten können vor allem in Kombination mit geringen Nährstoffkonzentrationen zur Akkumulation von Speicherstoffen wie Lipiden oder Stärke führen.

Abbildung 1: Algenkulturen im Schüttelkolben unter versch. Bedingungen Kultiviert

Vordergründiges Ziel dieses Projekts ist die Optimierung des photoautotrophen Bioprozesses zur Produktion isotopenmarkierter Stärke. Durch die Verwendung isotopenmarkierter Substrate, ist auch die synthetisierte Algenbiomasse isotopenmarkiert. Die Bioprodukte in der Algenbiomasse können dann für die Herstellung hochwertiger Standards im Rahmen von Metabolomanalysen genutzt werden. Für die Akkumulation von Biomasse und Stärke soll die Entwicklung verschiedener Fütterungsstrategien von Nährstoffen erfolgen. Zusätzlich sollen Analysen der metabolischen Effekte auf den qualitativ und quantitativ variierten Lichteintrag durchgeführt werden. Die Versuchsplanung und Auswertung wird zum Teil durch die Simulation von Kultivierungen (metabolische Modelle) und die Simulation von Lichtverteilungen (Lattice-Boltzmann-Verfahren) unterstützt.

Abbildung 2: Algenkultivierung im neuartigen Algfine Reaktor