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. Auf dem diesjährigen International Algae Congress, der vom 1. bis 3. Dezember von der DLG zusammen mit der EABA in Florenz veranstaltet wird, werden aktuelle Entwicklungen der Algentechnologie vorgestellt und diskutiert.
bbi-biotech ist mit einem speziell für die Bedürfnisse der Algen entwickelten Photobioreaktor vom Typ xCUBIO phar vor Ort und präsentiert in einem Vortrag ihre Lösungen für die hochwertige Algenzucht. Dazu gehören neben den klassischen phototrophen Photobioreaktoren auch Bioreaktoren und Anlagentechnik für die GMP-konforme, sterile, heterotrophe Algenproduktion.
Mikroalgenkultivierung und ihr Marktpotenzial
Weltweit findet die Produktion von Mikroalgen hauptsächlich in offenen Becken, sogenannten Open Raceway 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 heran. 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. Dennoch ist insbesondere die Lebensmittel- und Health-Care Branche an Algen interessiert. Einige Arten produzieren bspw. Farbstoffe, die die bisher verwendeten, aber im Preis zuletzt stark gestiegenen pflanzlichen Farbstoffe ersetzen können. Gleiches gilt für ungesättigte Fettsäuren, die natürlicherweise in vielen Algen vorhanden und für die menschliche Ernährung teilweise essentiell sind.
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 meisten geschlossenen Photobioreaktoren gewachsen.
In-situ Sterilisierbare Photobioreaktoren
Die dauerhafte Reinheit von Mikroalgenkulturen ist in Photobioreaktoren wegen der großen Oberflächen nur schwierig sicherzustellen. Werden besonders empfindliche oder gar genetisch veränderte Algen gezüchtet, so werden sie in den aktuellen Systemen leicht durch Fremdkeime kontaminiert. Durch Anleihen aus der Pharma-Technologie können Photobioreaktoren aber bis zu einem gewissen Betriebsvolumen mit Dampf sterilisierbar ausgerüstet werden. Dabei werden alle medienberührenden Bestandteile der Anlage für eine festgeschriebene Zeit mit heißem Dampf gefüllt, um sämtliche lebenden Organismen abzutöten und eine saubere Umgebung für die Algen zu schaffen.
Die Umsetzung der Vor-Ort-Sterilisierung erfordert eine exakte Kenntnis der Reaktorgeometrie, sowie den Einsatz von speziell ausgewählten Materialien und technischen Bauteilen. Wegen der auftretenden Temperaturen von mehr als 120 °C müssen zudem andere Sicherheitsmaßstäbe bei Auslegung und Design angelegt werden. Eine durchdachte Steuerung muss den automatisierten und nachverfolgbaren Ablauf aller notwendigen Schritte einer Steril-Sequenz sicherstellen. bbi-biotech hat diese Anforderungen schon in mehreren in-situ sterilisierbaren Photobioreaktoren, wie den Medusa-Airlift-Photobioreaktoren oder einigen Glasrohr-Photobioreaktoren mit bis zu 30 Litern Kulturvolumen, erfolgreich umgesetzt. Mit den daraus gewonnenen Erfahrungen erweitern wir unsere Expertise in Produktionsanlagen für besonders empfindliche Mikroalgenstämme.
Heterotrophe Mikroalgenproduktion
Die Natur hat einige Algenarten mit einer für die künstliche Produktion hervorragenden Eigenschaft ausgestattet. Anstelle von Licht und CO2 können diese 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. In Dampf-sterilisierbaren Kesseln können Algen auf mehr als zwanzig Mal höhere Zelldichte gezüchtet werden als in phototrophen Anlagen. Die hohe Zelldichte ermöglicht effizientere Aufarbeitungstechniken und die biologische Reinheit der Algen setzt neue Maßstäbe.
Die möglichen Produkte sind die gleichen wie bei phototrophen Algen. Zusätzlich können die hochkonzentrierten Algen aber auch als Animpfmaterial für andere Algenproduktionsanlagen dienen, wodurch eine aufwändige Kette mehrerer unterschiedlicher Bioreaktoren auf ein einziges effizientes Glied reduziert wird. Darüber hinaus sind die sterilisierbaren Photobioreaktoren auch für die Produktion von gentechnisch veränderten Organismen zugelassen. Die von den einschlägigen Richtlinien vorgeschriebenen Sicherheitsmaßnahmen werden durch die auf GMP-Level etablierte Bioreaktortechnologie leicht eingehalten.
Weitere Informationen finden sich unter www.algenbioreaktor.de.
Über bbi-biotech
bbi 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.
