Prozessentwicklung zur Herstellung von marktfähigen Wertstoffen aus Mikroalgen

Ziel des Teilprojektes war die Weiterentwicklung aktueller Fortschritte in der Algenbiotechnologie, um durch spezifische Prozessoptimierungen Rohstoffe im mittleren Preisniveau für die Futter- und Lebensmittelindustrie wirtschaftlich herstellen zu können.

Dazu wurden am Beispiel der Mikroalge Chlorella vulgaris die Auswirkungen unterschiedlicher Kultivierungsparameter, wie beispielsweise die Lichtintensität und die Nährstoffkonzentration, auf das Wachstum und die makromolekulare Zusammensetzung der Algen untersucht. Durch die gezielte Einstellung von Wachstumsbedingungen konnte der Gehalt an Proteinen zwischen 20 % und 60 % variiert werden, der Gehalt an Fettsäuren zwischen 20 % und 40 %.

Um eine wirtschaftlich rentable Kultivierung zu simulieren, wurde im Anschluss ein Experiment mit Chlorella vulgaris in einem 230 L Photobioreaktor an der Außenanlage des KIT - Campus Nord - durchgeführt. Die Herausforderung wechselnder Bedingungen durch Tag- und Nachtphasen konnte durch die Implementierung einer automatisierten Regelung bewältigt werden.

In einem zweiten Versuchsstrang wurde in einem kontinuierlich betriebenen Reaktorsystem untersucht, wie sich die Stickstoffversorgung bei anderen Algen auf die Bildung essentieller Aminosäuren und gesättigter Fettsäuren auswirkt, namentlich bei der Mikroalge Nannochloropsis limnetica, der Kieselalge Phaeodactylum tricornutum sowie und dem Cyanobakterium Synechocystis sp.. Eine Sättigung der Stickstoffversorgung führte zur Akkumulation von Proteinen, Stickstofflimitierung zur Akkumulation von Speicherstoffen. Die Anteile essentieller Aminosäuren und gesättigter Fettsäuren konnte im Bereich stöchiometrischer Minima und Maxima verschoben werden. So kann bei der Anzucht von Mikroalgen gezielt auf die Produktion bestimmter physiologisch wertvoller Stoffgruppen optimiert werden.

Maßgeschneiderte Prozessführungsstrategien können dabei helfen, den Einsatz von Mikroalgen in der Ernährung wirtschaftlich konkurrenzfähiger zu machen. Die regionale Herstellung von Proteinen durch Mikroalgen könnte in Zukunft den Import konventioneller Proteinquellen, z.B. Soja, teilweise ersetzen.