Zellaufschluss und Gewinnung intrazellulärer Metabolite

Die produktschonende, umweltverträgliche und effiziente Gewinnung funktioneller Inhaltsstoffe aus biogenen Roh- oder Reststoffen sowie Zwischenprodukten der Agrar- und Lebensmittelproduktion ist ein weiterer Schwerpunkt der Arbeitsgruppe »Aseptische Technologien«. Im Mittelpunkt stehen die Entwicklung von Verfahren zur Extraktion und Fraktionierung mittels Hochdrucktechnik in der Kombination mit der Druckwechseltechnik (PCT) und die Anwendung elektrophoretischer und mechanischer Trennverfahren für die Aufreinigung der Inhaltsstoffe.

Zellaufschluss mit Druckwechseltechnologie

Bei der Druckwechseltechnologie (engl. Pressure Change Technology, PCT) wird das flüssige Produkt mit einem inerten Gas unter Druck vermischt und schlagartig entspannt. Hierbei werden die Zellen zerstört, deren Inhaltsstoffe aber nicht verändert. Wir untersuchen die Technologie daher für den produktschonenden Aufschluss pflanzlicher oder mikrobieller Zellen, um wertvolle intrazelluläre Metabolite zu gewinnen.

So konnten wir bereits den Aufschluss von Mikroalgenzellen mit PCT demonstrieren, um hochwertige Inhaltsstoffe für die Nahrungsergänzung oder Kosmetik zu extrahieren.

Hochdruckextraktion

Durch die Kombination des PCT-Verfahrens mit der Hochdruckextraktion und dem Einsatz verschiedener Prozessgase konnten wir beispielsweise die Gewinnung von Omega-3 Fettsäuren aus Mikroalgenzellen energetisch effizienter als bisher gestalten – ohne den Einsatz von Lösungsmitteln.

Vorteile

Neben der Energieeffizienz sind weitere Vorteile der Hochdruckextraktion gegenüber herkömmlichen Extraktionsmethoden, dass sie ohne jegliche Lösungsmittel auskommt und eine Belastung des Prozesswasserss vermieden wird. Dies wiederum erleichtert eine Aufbereitung des Prozesswassers zur Rückführung in den Produktionsprozess.

Selektive Trennung mit Elektromembranfiltration

Freigesetzte Proteine, Peptide und auch andere geladene Biomoleküle lassen sich durch Elektromembranfiltration selektiv trennen bzw. anreichern, da die Moleküle in nur einem Verfahrensschritt konzentriert und nach funktionellen Fraktionen aufgetrennt werden können.

Die Elektromembranfiltration kombiniert die mechanische Druckfiltration über eine poröse Membran mit der Bewegung von Ionen und Molekülen in einem elektrischen Feld. Die Trennung erfolgt daher nicht nur nach ihrer Größe , sondern gleichzeitig auch nach der Ladung. Im Vergleich zur klassischen Ultrafiltration erhöht dies die Ausbeute und reduziert den Reinigungsaufwand der Anlagen.

Anwendungen

  • Extraktion funktioneller Inhaltsstoffe (z. B. Fettsäuren, ätherische Öle)
  • Selektive Anreicherung von Proteinen und Peptiden zur Nahrungsergänzung
  • Abtrennung unerwünschter Biomoleküle

Referenzprojekte

Wertvolle Proteine aus Molke – Whey2Food

 

Die bei der Käseherstellung als Reststoff anfallende Molke enthält wertvolle Proteine. Im EU-Projekt Whey2Food wurde das Verfahren der Elektromembranfiltration zur Gewinnung industriell relevanter Mengen optimiert.

SusPackaging – Kosteneffiziente Produktion von Polyhydroxyalkanoaten

Aufgrund des wachsenden Problembewusstseins für Umweltverschmutzung durch Plastik steigt die Nachfrage nach umweltverträglichen Verpackungen − insbesondere in der Kosmetik‑ und Lebensmittelindustrie. Ziel des Projekts SusPackaging ist daher, eine grüne Wertschöpfungskette für die Produktion von biobasierten und bioabbaubaren Verpackungsmaterialien aufzubauen. Das Fraunhofer IGB konzentriert sich im Rahmen des Vorhabens auf Polyhydroxyalkanoate (PHA), die ähnliche Eigenschaften wie herkömmliche Kunststoffe aufweisen, aber biologisch abbaubar sind.