Projekte

10.08.2020

Neue Wertschöpfungskette für Spirulina

Antivirale Substanzen für die Fischzucht, Pigmente besser extrahieren, Restbiomasse in Biogasanlagen verwerten

Ziele

Ziel des Projektes ist die Erprobung einer auf dem Cyanobakterium Arthrospira platensis (Spirulina-Alge) basierenden neuen Wertschöpfungskette im Technikumsmaßstab. Zielprodukte der Wertschöpfungskette sind Exopolysaccharide (EPS) mit antiviraler Wirkung für den Einsatz in der Fischzucht und der Wertstoff Phycocyanin (blaues Pigment).

Aufgaben

Entwicklung des Bioprozesses zur Kultivierung von Arthrospira platensis incl. Erprobung und Vergleich verschiedener Produktionsverfahren.
Entwicklung und Realisierung einer Downstream-Kaskade zur Gewinnung von mindestens zwei Wertprodukten (antiviral wirksame EPS und Phycocyaninextrakt) aus der aquatischen Biomasse.
Charakterisierung der Wertstoffextrakte und ihrer Einsatzmöglichkeiten, u. a. Fütterungsversuche eines Karpfenbestandes mit EPS zur Überprüfung der Wirksamkeit gegen das hochinfektiöse Koi Herpes Virus.
Kopplung mit einer Biogasanlage: Verwendung der stickstoffreduzierten Restbiomasse als Substrat und Nutzung der Abwärme des Blockheizkraftwerkes als Prozesswärme.
Upscaling der Bio- und Downstreamprozesse vom Labor- auf den Technikumsmaßstab.

Status Quo

Das Koi Herpes Virus befällt Fische aus der Familie der Cypriniden (Karpfenartige) und stellt für betroffene Aquakulturbetriebe ein großes Problem dar. In Vorversuchen zeigte sich, dass sich EPS aus Arthrospira platensis zur Prophylaxe, aber auch zur Therapie von bereits am Koi Herpes Virus erkrankten Fischen eignen. In Deutschland sind derzeit keine Impfstoffe und Medikamente gegen die Krankheit zugelassen oder auf dem Markt.
Die Extraktion des blauen Pigments Phycocyanin aus Spirulina und dessen Nutzung ist bereits etabliert. Die Gewinnung erfolgt momentan in der Regel durch mechanischen Zellaufschluss. Im Projekt wird die Pulsed Electric Fields (PEF)-Technologie zur Extraktion erprobt, sie verspricht einen geringeren Energieverbrauch, eine einfachere Produktseparation und eine größere Reinheit der Extrakte.

Die Spirulina-Biomasse selbst wird bislang überwiegend in den Subtropen in Freilandanlagen erzeugt.

Vorteile

Bislang wird Spirulina entweder komplett in getrockneter Form zu Präparaten wie z. B. Tabletten verarbeitet, dabei werden jedoch einzelne Wertstoffe meist nicht aufkonzentriert. Oder es werden Wertprodukte wie z. B. Phycocyanin extrahiert, jedoch die Restbiomasse nicht genutzt. Der Projektansatz ermöglicht eine höhere Wertschöpfung durch Gewinnung von mindestens zwei Wertstoffen und Verwertung der Restbiomasse.
Bei erfolgreicher Prozessentwicklung würde eine industrielle Produktion von Spirulina in den gemäßigten Breiten wirtschaftlicher.
Der Ansatz bietet Wertschöpfungsalternativen für Biogasanlagen.
Über 70 Prozent der weltweiten Süßwasserfischzucht basiert auf Cypriniden. Für diese Betriebe wäre ein wirksames Therapeutikum gegen das Koi Herpes Virus ein großer Fortschritt.