EPI-CES – Effiziente Primärraffination von Mikroorganismen durch die Integration von Zellaufschluss, Extraktion und Separation am Beispiel von Mikroalgen

Bei der Herstellung biobasierter Produkte stellt die Aufarbeitung der mikrobiellen Biomasse einen wesentlichen Kostenfaktor dar. Ziel des Projektes EPI-CES ist es, eine integrierte Downstream-Prozesskette für Mikroalgen-Inhaltsstoffe zu etablieren und in einer Laboranlage zu demonstrieren, die aus Zellaufschluss, Extraktion und Separation besteht. Dabei kommt u. a. die Druckwechseltechnologie für einen Zellaufschluss mit Freisetzung von Metaboliten sowie die Pressurized Liquid Extraction (PLE) zum Einsatz.

Neues Bioraffinerie-Konzept zur Gewinnung funktioneller Inhaltsstoffe aus Mikroalgen

Laboranlage für Zellaufschluss und Extraktion von funktionellen Inhaltsstoffen am Fraunhofer IGB.
© Günther Bayerl/Fraunhofer IGB
Laboranlage für Zellaufschluss und Extraktion von funktionellen Inhaltsstoffen am Fraunhofer IGB.
EPA-Ausbeute nach Extraktion aus getrockneter und feuchter Biomasse von P. tricornutum mittels PLE und verschiedenen Lösemitteln.
© Fraunhofer IGB
EPA-Ausbeute nach Extraktion aus getrockneter und feuchter Biomasse von P. tricornutum mittels PLE und verschiedenen Lösemitteln.
Fucoxanthin-Ausbeute nach Extraktion aus Biomasse von P. tricornutum mittels PLE mit verschiedenen Lösemitteln.
© Fraunhofer IGB
Fucoxanthin-Ausbeute nach Extraktion aus Biomasse von P. tricornutum mittels PLE mit verschiedenen Lösemitteln.

Bei der Herstellung biobasierter Produkte stellt die Aufarbeitung mikrobieller Biomasse einen wesentlichen Kostenfaktor dar. Bislang werden die Prozessschritte Zellaufschluss und Extraktion/Fraktionierung zeitlich und räumlich getrennt durchgeführt, was sowohl die Ausbeute als auch die Stabilität der hochwertigen Inhaltsstoffe beeinträchtigt.

Ziel des Projektes EPI-CES ist es, die Downstream-Prozesskette (Zellaufschluss, Extraktion und Separation) von Mikroalgen zu integrieren und zu intensivieren, um eine wettbewerbsfähige Biomasseaufbereitung und Produktion von funktionellen Inhaltsstoffen zu ermöglichen.

Für die Gewinnung der Mikroalge Phaeodactylum tricornutum wurde am Fraunhofer IGB ein Prozess entwickelt, der dann am Fraunhofer CBP hochskaliert wurde. Im IGB werden Eicosapentaensäure (EPA), Fucoxanthin und Chrysolaminarin aus der Algenbiomasse freigesetzt, indem die Zellen mittels Druckwechseltechnologie aufgeschlossen werden. Durch die Verwendung von inerten Prozessgasen und niedrigen Temperaturen ist diese Technologie besonders geeignet, um empfindliche intrazelluläre Metaboliten freizusetzen und deren funktionelle Eigenschaften zu erhalten.

Für die Gewinnung von wasserlöslichem Chrysolaminarin wird die wässerige Phase nach dem Zellaufschluss abgetrennt. Die in der feuchten Biomasse verbleibenden Inhaltsstoffe Fucoxanthin und EPA werden durch Pressurized Liquid Extraction (PLE) gewonnen. Die höchsten Ausbeuten (über 90 Prozent) konnten wir für Fucoxanthin und EPA mit Ethanol erreichen.

Nach Optimierung der einzelnen Prozessschritte wird ein integriertes Konzept entwickelt und in einer Laboranlage demonstriert. Das ökonomische Potenzial und der ökologische Mehrwert des Verfahrens werden auf Basis einer techno-ökonomischen Bewertung und eines Vergleichs mit bereits existierenden Technologien ermittelt.

Projektinformationen

Projekttitel

EPI-CES – Effiziente Primärraffination von Mikroorganismen durch die Integration von Zellaufschluss, Extraktion und Separation am Beispiel von Mikroalgen

 

Projektlaufzeit

Oktober 2018 – September 2021

 

Projektpartner

  • Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB, Stuttgart (Koordination)
  • Fraunhofer-Zentrum für Chemische- Biotechnologische Prozesse CBP, Leuna

Förderung

Wir danken dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) für die Förderung des Projekts »EPI-CES«.