Nährstoffarme Emers-Fermentation terrestrischer Cyanobakterien zur Produktion biotechnischer Wertstoffe

• Antragsteller: Dr. Michael Lakatos; Professor Dr. Roland Ulber
• Fachliche Zuordnung: Bioverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 158354519

Terrestrische Cyanobakterien zeichnen sich durch ein vielseitiges Wertstoffspektrum aus, welches sich grundlegend von aquatischen Organismen unterscheidet. Eine Ausnutzung dieses Wertstoffpools bzw. die Verfügbarkeit größerer Mengen an relevanten Metaboliten ist gegenwärtig aufgrund der nicht- verfügbaren Kultivierungstechnik nicht realisierbar. Mit dem in der ersten Förderperiode entwickelten emersen Photobioreaktortyp ist es erstmals möglich, diese Organismengruppe reproduzierbar in einem für die Produktaufarbeitung erforderlichen Maßstab zu kultivieren. Somit eröffnet der emerse Photobioreaktortyp einen Zugang zum Metabolitspektrum terrestrischer Cyanobakterien. Mit der beantragten zweiten Förderperiode soll insbesondere 1) die bislang entwickelte Analytik validiert werden, 2) eine rechnergestützte Optimierung der Wertstoffproduktion vorgenommen werden, sowie 3) der Maßstab des Photobioreaktors um den Faktor zehn hochskaliert werden. Neben der Bilanzierung der Stoffströme werden im Vorhaben auch grundlegende Modellierungen zur Strömungsdynamik im Bioreaktor angestrebt, auf deren Basis eine grundlegende Charakterisierung des neuartigen emersen Photobioreaktors abgeschlossen werden kann.Der entwickelte Photobioreaktor ist ideal auf die Kultivierung terrestrischer Cyanobakterien abgestimmt. So dienen die in den Reaktorraum reichenden Lichtwellenleiter (Glasstäbe) zum einen als Aufwuchsfläche für die Organismen zum anderen können die adhärent wachsenden Organismen auf diesem Wege optimal an der Wachstumszone mit Licht versorgt werden. Des Weiteren ermöglicht ein in die Reaktorperipherie integrierter Aerosolerzeuger eine Applizierung von Nährstoffen und somit eine nährstoffarme Kultivierung der betrachteten Gruppe von Mikroorganismen. Die etablierte Geometrie bzw. die Prozessführung erlaubt eine auf die Wertstoffproduktion von terrestrischen Cyanobakterien abgestimmte Kultivierung. In diesem Rahmen wird die induzierte Produktion des Wertstoffs Scytonemin mittels Applizierung von UV-A-Strahlung bzw. Austrockung oder Stickstofflimitierung angestrebt. Darüber hinaus wird die Optimierung der EPS-Produktion forciert, deren Zusammensetzung sowie deren Gehalt insbesondere über eine Variation der Aerosolgabe modifiziert werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Professor Dr.-Ing. Kai Muffler