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August 2014: Heterotrophe Algenkultivierung in Bioreaktoren von bbi-biotech


Die Nutzung von Algen und Mikroalgen wird weltweit in vielen Forschungsprojekten untersucht. Mikroalgen werden als mögliche neue Ressource für Nahrungsmittel, Biokraftstoffe oder Futtermittel gesehen. Die grünen, roten oder blauen Einzeller wachsen mit den natürlichen Rohstoffen Licht und CO2 und bilden dabei eine Vielzahl von nützlichen Inhaltsstoffen. Allerdings bleibt der Durchbuch einer industriellen phototrophen Algenproduktion bisher aus, weswegen einige Projekte erfolgreich auf die heterotrophe Zucht in klassischen Bioreaktoren ohne Licht umgeschwenkt haben. bbi-biotech erweitert daher sein bestehendes Portfolio an Bioreaktoren und Fermentern um hochwertige Kultivierungssysteme für die heterotrophe Produktion von Mikroalgen.

Algenkultivierung in Forschung und Produktion

Weltweit findet die Produktion von Mikroalgen hauptsächlich in offenen Becken, sogenannten Open Open pond für phototrophe Mikroalgenproduktion (c) VDIRaceway Ponds, und zu einem kleineren Teil in Photobioreaktoren statt. In beiden Systemen werden die Algen mit Licht, Nährstoffen und CO2 versorgt und wachsen damit wie andere Pflanzen bis zur Ernte heran. Die Algen werden danach meist für die Produktion von hochwertigen Inhaltsstoffen der Nahrungsmittelindustrie, wie etwa Farbstoffen oder ungesättigten Fettsäuren eingesetzt. Durch die notwendige Lichtversorgung sind der Algenproduktion aber enge Grenzen gesetzt. Die Installation wird durch lichtdurchlässige Glasrohre oder Plastikplatten aufwändig und teuer und der volumenbezogene Output der Anlagen ist relativ gering. Wegen der oft unüberschaubaren Projektrisiken gibt es weltweit nur wenige industrielle Anlagen zur Algenproduktion.

Währenddessen sind die Weltmarktpreise für einige natürliche Farbstoffe wie das gold-gelbe Lutein oder das tiefblaue Phycocyanin zuletzt stark gestiegen. Da die natürlichen pflanzlichen Quellen immer schwieriger verfügbar sind, interessieren sich nun auch die Lebensmittel- und Health-Care Branche seit Neuerem für die Algen als Alternative. Die Algen müssen in dieser Umgebung allerdings strenge Sterilitäts-Richtlinien zur Sicherstellung der Reinheit bei einem großen Preisdruck erfüllen. Dem sind weder die offenen Systeme noch die geschlossenen Photobioreaktoren gewachsen.

Heterotrophe Algenbioreaktoren von bbi-biotech

Zur Erfüllung der Anforderungen an hochwertige Algenbiomasse hat die Natur viele Algen mit einer hervorragenden Eigenschaft ausgestattet. Anstelle von Licht und CO2 können diese oft auch Zucker oder Essigsäure zum Wachsen nutzen – sie wachsen heterotroph, anstatt phototroph. Dadurch können Algen auch in Bioreaktoren und Fermentern produziert werden, wie sie seit mehr als 50 Jahren in der gesamten Biotechnologiebranche im Einsatz sind.

Mit dem Einsatz von etablierten Bioreaktoren für die heterotrophe Algenzucht erschließen sich ganz neue in-situ Algenbioreaktor für heterotrophe AlgenproduktionMöglichkeiten. Die Produktion von Algen mit hoch angereicherten Bestandteilen kann in dampf-sterilisierbaren Kesseln zu mehr als zwanzig Mal höherer Zelldichte erfolgen als in phototrophen Anlagen. Die hohe Zelldichte ermöglicht effizientere Aufarbeitungstechniken und die biologische Reinheit der Algen setzt neue Maßstäbe. Die Anwendungen sind die gleichen wie bei phototrophen Algen, zusätzlich können die hochkonzentrierten Algen aber auch als Animpfmaterial für andere Algenproduktionsanlagen dienen. Eine aufwändige Kette mehrerer unterschiedlicher Bioreaktoren wird auf ein einziges effizientes Glied reduziert.

Mit einigen wenigen Anpassungen für Algen, die bbi-biotech an seinen Labor-Photobioreaktoren erprobt hat, werden aus Bioreaktoren der xCUBIO-Serie Algenbioreaktoren. Spezielle Sensoren können den Gehalt an Farbpigmenten messen und die Rührwerkstechnik kann sowohl für robuste als auch für empfindliche Algenarten ausgelegt werden. Darüber hinaus sind die sterilisierbaren Algenbioreaktoren auch für heterotrophe Kultivierung von gentechnisch veränderten Organismen (GVO) zugelassen. Die von den einschlägigen Richtlinien vorgeschriebenen Sicherheitsmaßnahmen werden durch die auf GMP-Level etablierte Bioreaktortechnologie leicht eingehalten.

 

Die xCUBIO Algenbioreaktoren sind ab einem Volumen von einem, fünf oder zehn Liter im Stahl- oder Glaskessel bis zu Volumina von mehreren Tausend Litern in in-situ-sterilisierbarem Design verfügbar. Die Auswahl umfasst standardisierte Systeme und projektspezifisch angepasste Engineeringkonzepte.

Weitere Informationen befinden sich unter www.algenbioreaktor.de.

Über bbi-biotech

Die Marke bbi-biotech ist ein Synonym für innovative Fermenter und Bioreaktoren. Die bbi-biotech GmbH bietet Geräte und Dienstleistungen für verfahrenstechnische Anwendungen in der Biotechnologie, Pharmaindustrie, Kosmetik- und Lebensmittelindustrie an.

Schwerpunkte der Tätigkeit sind die Bioreaktoren und Fermenter aus dem xCUBIO-Baukasten. Das modulare xCUBIO-System besteht aus vordefinierten Modulen, die problemlos und in kürzester Zeit nach Kundenvorgaben zusammengestellt werden können. Durch die Einbindung neuester Technologien und die Umsetzung jahrzehntelanger Erfahrung ist es uns gelungen, Lösungen mit eigenen standardisierten Gefäßen oder kundenspezifischen Systemen und disposablen Gefäßen anderer Anbieter für alle Anwendungsfelder der Biotechnologie bereitzustellen.

Zusätzlich bietet bbi-biotech die Komplettlösung für die automatische sterile Probenahme aus Fermentern und Bioreaktoren: bioPROBE. Dieses neuartige System wurde zur totvolumenfreien Entnahme von Flüssigkeiten für die prozessbegleitende Analytik entwickelt.

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