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 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.