Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die Biomasse von Mikroalgen enth\u00e4lt eine Vielzahl von Wirkstoffen mit funktionellen Eigenschaften, die von gro\u00dfem Interesse f\u00fcr die Pharmazie, Kosmetik und Lebensmittelindustrie sind. Von den \u00fcber 30.000 Mikroalgenarten wer-den bislang nur zirka 20 Spezies zur Gewinnung von Biowertstoffen verwertet, obwohl der Markt f\u00fcr Extrakte\/Wirk-stoffe aus Algen best\u00e4ndig w\u00e4chst. Zur\u00fcckzuf\u00fchren ist dies darauf, dass sich Algen sehr effektiv funktionierende Mechanismen zum Selbstschutz zugelegt haben \u0096 extrem stabile, kompakte Zellw\u00e4nde. Damit k\u00f6nnen viele Spe-zies\/Wirkstoffe f\u00fcr eine Produktentwicklung gegenw\u00e4rtig nicht verwertet werden, weil resultierende Extrakte zu geringe Gehalte an den gew\u00fcnschten Inhaltsstoffen aufweisen und Wirkstoffspektren sowie Produktausbeuten un-zureichend sind. Das Kernziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines innovativen, effektiven und umweltgerechten Aufschlussverfahrens mittels Plasma-Technologie zur wirkstoffschonenden Extraktion von bioaktiven, antioxidativ wirksamen Inhaltsstoffen aus Mikroalgenbiomasse. Das zu entwickelnde Verfahren soll durch den innovativen Ein-satz von Atmosph\u00e4rendruckplasma zum Zellaufschluss die Wirtschaftlichkeit der Wirkstoffgewinnung signifikant er-h\u00f6hen, sowie neue Wirkstoffspektren aus Algen erschlie\u00dfen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Mikroalgenspezies wurde im Verlauf der Projektbearbeitung vom 1 Liter bis zum 1500 Liter-Ma\u00dfstab kultiviert und die gewonnene Biomasse bez\u00fcglich ihrer Zusammensetzung analysiert. Beim INP wurden mit dieser Biomasse Versuche zur Entwicklung einer effizienten Aufschlusstechnologie auf Basis von Atmosph\u00e4rendruckplasma durchge-f\u00fchrt. Die Suspensionen der aufgeschlossenen Mikroalgenbiomasse wurden im IGV aufgearbeitet und die Effizienz des Plasmaaufschlusses \u00fcber die Extrakt-Trockenmasse und Leitsubstanzen im Extrakt bewertet. Im Rahmen des Projektes war es m\u00f6glich, ein 1-Liter Modul, sowie ein 5-Liter Modul zum Plasmaaufschluss der Modellalge erfolg-reich zu entwickeln. Durch Bauteil- und Parametervariationen konnte ein System entwickelt werden, welches f\u00fcr den industriellen Einsatz bei einem niedrigen Energieeintrag geeignet ist.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die Mikroalgenspezies wurde im Verlauf der Projektbearbeitung vom 1 Liter bis zum 1500 Liter-Ma\u00dfstab kultiviert und die gewonnene Biomasse bez\u00fcglich ihrer Zusammensetzung analysiert. Beim INP wurden mit dieser Biomasse Versuche zur Entwicklung einer effizienten Aufschlusstechnologie auf Basis von Atmosph\u00e4rendruckplasma durchge-f\u00fchrt. Die Suspensionen der aufgeschlossenen Mikroalgenbiomasse wurden im IGV aufgearbeitet und die Effizienz des Plasmaaufschlusses \u00fcber die Extrakt-Trockenmasse und Leitsubstanzen im Extrakt bewertet. Im Rahmen des Projektes war es m\u00f6glich, ein 1-Liter Modul, sowie ein 5-Liter Modul zum Plasmaaufschluss der Modellalge erfolg-reich zu entwickeln. Durch Bauteil- und Parametervariationen konnte ein System entwickelt werden, welches f\u00fcr den industriellen Einsatz bei einem niedrigen Energieeintrag geeignet ist.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Zielstellung und Projektinhalte sind auf der IGV Website ver\u00f6ffentlicht worden. Unter Ber\u00fccksichtigung der Geheim-haltungsvereinbarung ist geplant, Teile der Ergebnisse im Oktober 2022 auf dem 4th World Congress on Electropo-ration and Pulsed Electric Fields in Biology, Medicine, and Food & Environmental Technologies in Kopenhagen vor-zustellen. Dessen Stattfinden ist jedoch stark vom derzeitigen globalen Pandemiegeschehen abh\u00e4ngig, so dass durchaus die M\u00f6glichkeit besteht, dass der Kongress auf n\u00e4chstes Jahr verschoben werden muss und damit die Pr\u00e4-sentation des Projektes.
\nDar\u00fcber hinaus besteht die M\u00f6glichkeit einer Publikation, vor allem im Hinblick auf das Extraktergebnis, dessen Analyse durch das IGV detailliert durchgef\u00fchrt wird. Hier lie\u00dfen sich die analytischen Ergebnisse mit den technisch variierten Parametern gut korrelieren und der Fachwelt zur Verf\u00fcgung zu stellen.
\nIn der Fachzeitschrift KOSMETIK International 06\/2021 wurde im Artikel \u0084Algen-Wunderwaffen\u0093 \u00fcber das Projekt-vorhaben berichtet.
\nAus dem \u0084Zufallsbefund\u0093 Phycocyanin konnte seitens des INPs eine Publikation zur Grundlagenforschung in einem Special Issue des Microorganisms-Journals (impact factor 4.167) dieses Manuskript publiziert werden: Sommer, M. C., Balazinski, M., Rataj, R., Wenske, S., Kolb, J. F., & Zocher, K. (2021). Assessment of Phycocyanin Extraction from Cyanidium caldarium by Spark Discharges, Compared to Freeze-Thaw Cycles, Sonication, and Pulsed Electric Fields. Microorganisms, 9(7), 1452<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die Arbeiten erfolgten im Berichtszeitraum inhaltlich entsprechend der im Projektantrag best\u00e4tigten Arbeitspakete. Die Meilensteine des Projektes wurden inhaltlich voll erf\u00fcllt und termingem\u00e4\u00df erreicht.
\nDurch Integration der Plasmatechnologie im Herstellungsverfahren des Markenproduktes wird eine deutliche Stei-gerung im Extraktionsergebnis erreicht. Das zeigt sich sowohl in einer Erh\u00f6hung der Extraktausbeute (Trockenmasse) als auch in der Optimierung der Gehalte an bioaktiven Leitsubstanzen.
\nDar\u00fcber hinaus konnte gezeigt werden, dass eine Skalierung des Systems m\u00f6glich ist, sowie eine Steigerung der Extraktausbeuten, auch unter \u00f6konomischen Gesichtspunkten, m\u00f6glich ist. Das Aufschlusssystem wurde so konzi-piert, dass eine Erweiterung um weitere Module nicht nur m\u00f6glich ist, sondern auch mit einer Energieversorgung
\nausgestattet wurde, die kosteng\u00fcnstig erweitert werden kann. Der Energieeintrag in das System steigt mit zuneh-menden Behandlungsvolumen nur marginal an.
\nDie bislang erzielten Erkenntnisse bilden die Basis f\u00fcr weiterf\u00fchrende Projektideen. So ist bereits geplant, das neue Plasma basierte Aufschlussverfahren in einem Forschungsprojekt zur Gewinnung eines Vitamin B12 haltigen Kaltex-traktes aus der Mikroalge Chlorella vulgaris einzusetzen, zu testen bzw. auch weiter zu entwickeln. Ebenso hat sich gezeigt, dass die Ausbeute an antimikrobiell wirksamen Polysacchariden aus Porphyridium cruentum durch das Plas-maverfahren deutlich gesteigert werden konnte. Auch hier bietet sich weitere Untersuchungen im Rahmen eines Projektes an und wurde bereits zwischen den beiden Projektpartnern vereinbart.
\nCoronabedingt fanden Projekttreffen nicht vor Ort, sondern als Onlinemeetings statt. Die Zusammenarbeit zwischen den Partnern kann als sehr erfolgreich eingesch\u00e4tzt werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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