Development of a bioprocess for squalene production in thraustochytrids

verfasst von

Lina Schütte

betreut von

Ralf Günter Berger

Abstract

Squalen ist ein natürliches Triterpen, welches vielfältige Anwendung in der Pharma-, Kosmetik- und Lebensmittelindustrie findet. Die derzeitige Produktion dieses Naturstoffes ist problematisch, da für seine Gewinnung aus Haifischleberöl Tiefseehaie bejagt werden. Die Extraktion aus bestimmten lipidhaltigen Pflanzen ist möglich, benötigt aber viel Land, ist saisonabhängig und läuft in Gefahr, mit der Nahrungsmittelproduktion zu konkurrieren. Diese Arbeit befasst sich daher mit einem alternativen Ansatz: Der biotechnologischen Produktion von Squalen in marinen Eukaryoten aus der Familie der Thraustochytriden. Thraustochytriden sind einzellige Eukaryoten, die in marinen Habitaten vorkommen und große Mengen an Lipiden produzieren und in ihren Zellen einlagern. Der Anteil an Squalen am Gesamtlipid hängt dabei stark von den gewählten Kultivierungsbedingungen ab. In dieser Arbeit wurde zunächst der Einfluss von sauerstofflimitierenden Bedingungen auf das Wachstum und die Squalenproduktivität des Wildtyps Schizochytrium sp. S31 untersucht. Dafür wurde der Organismus im Schüttelkolben und im Bioreaktor unter der Anwendung verschiedener Prozessführungsstrategien kultiviert. Die respiratorische Aktivität wurde in beiden Kultivierungssystemen durch Analytik der Gaszusammensetzung des Abgases bzw. des Kopfraumes in Echtzeit überwacht. Unter sauerstofflimitierenden Bedingungen erzielte die Fed-Batch-Kultivierung eine Squalenausbeute von 1,1 g/L. Mit dem Ziel, die biotechnologische Produktion von Squalen kostengünstiger und im Sinne einer Kreislaufwirtschaft zu gestalten, beschäftigte sich der zweite Teil dieser Arbeit mit dem Einsatz von potentiellen Nebenströmen als Mediumersatz. Es gelang, die komplexe Stickstoffquelle des Mediums für die Kultivierung von Thraustochytriden durch potentielle Restbiomasse aus der Kultivierung des Basidiomyceten Pleurotus ostreatus zu ersetzen. Durch enzymatische Hydrolyse wurde dafür ein stickstoffreiches Extrakt aus den Pilzbestandteilen, speziell dem Pilzmyzel, hergestellt. Das geklärte Extrakt wurde im Anschluss für die Kultivierung des Thraustochytriden Schizochytrium sp. S31 verwendet und dessen Einfluss auf Wachstum und Squalenproduktivität überprüft. In dieser Arbeit wurde der positive Einfluss von sauerstofflimitierenden Bedingungen auf die Squalenproduktivität eines Thraustochytriden in verschiedenen Prozessführungsstrategien gezeigt. Außerdem wurde erstmals dargestellt, dass Restbiomasse aus der submersen Kultivierung des Basidiomyceten P. ostreatus Medienbestandteile in der biotechnologischen Squalenproduktion ersetzen kann.

Organisationseinheit(en)

Institut für Lebensmittelchemie

Typ

Dissertation

Anzahl der Seiten

88

Publikationsdatum

22.07.2024

Publikationsstatus

Veröffentlicht

Ziele für nachhaltige Entwicklung

SDG 2 – Kein Hunger, SDG 14 – Lebensraum Wasser

Elektronische Version(en)

https://doi.org/10.15488/17745 (Zugang: Offen)