Gewinnung von Lipid- und Pigment-haltigen Wertprodukten aus der Mikroalge Chlamydomonas asymmetrica durch fraktionierte Extraktion mit überkritischem CO2

Gewinnung von Lipid- und Pigment-haltigen Wertprodukten aus der Mikroalge Chlamydomonas asymmetrica durch fraktionierte Extraktion mit überkritischem CO₂

Jörg Schäffer¹, Natalie Leitenberger², Christoph Lindenberger², Sabine Grüner-Lempart¹,

¹Hochschule Weihenstephan-Triesdorf, Fakultät Bioingenieurwissenschaften, Am Hofgarten 10, 85354 Freising,

²Ostbayerische Technische Hochschule Amberg-Weiden, Fakultät Maschinenbau/Umwelttechnik, Kaiser-Wilhelm-Ring 23, 92224 Amberg

 

Die biotechnologische Wertstoffproduktion mit Mikroalgen stellt eine attraktive und nachhaltige Alternative zur Gewinnung aus pflanzlichen Rohstoffen dar. Zum einen erlaubt die kontinuierliche Kultivierung in geschlossenen Photobioreaktoren, unter kontrollierbaren Bedingungen, die Herstellung eines konstanten Rohstoffstroms in gleichmäßiger Qualität. Zum anderen können Mikroalgen, die in der Regel anspruchslos und robust sind, schnell wachsen und benötigen keine landwirtschaftlichen Nutzflächen. Erfolgt die Kultivierung in Kombination mit erneuerbaren Energiequellen, der Nutzung von industriellen Reststoffströmen auf landwirtschaftlich nicht nutzbarem Land, ist nicht nur der Nachhaltigkeitsaspekt, sondern auch der ökonomische Anspruch schnell erfüllt.

Prominente Wertstoffe, die mit Mikroalgen erfolgreich hergestellt werden, sind beispielsweise Astaxanthin und β-Carotin, beides fettlösliche Pigmente mit antioxidativen Eigenschaften, die der Gruppe der Carotinoide zugeordnet werden [1]. Beide Wirkstoffe werden kommerziell in der Lebensmittelindustrie, in Kosmetika oder im Tierfutter eingesetzt. Ein weiteres, farbgebendes Antioxidans aus der Gruppe der Carotinoide mit hohem Verwertungspotential ist Lutein. Dieses Xanthophyll wird im primären Stoffwechsel sowohl von Pflanzen als auch Mikroalgen synthetisiert und erfreut sich eines zunehmenden Interesses. [2] Der erfolgreiche Einsatz zur Therapie und Prävention der altersbedingten Makuladegeneration (AMD) im Augapfel sowie die Senkung des Risikos für bestimmte Krebsarten, Herzerkrankungen und Schlaganfälle, sorgen für eine hohe Aufmerksamkeit [3]. Zurzeit wird Lutein noch überwiegend aus den Blüten der aufrechten Studentenblume Tagetes erecta, welche zur Familie der Asteraceae gehört, gewonnen [4]. Deren kommerzieller Anbau findet vor allem in Lateinamerika, Südafrika und Indien statt.

Der vorliegende Beitrag beschreibt die Forschungsarbeiten zur Gewinnung des Xanthophylls Lutein, in möglichst reiner Form, aus der Süßwassergrünalge Chlamydomonas asymmetrica. Es wird eine schonende und qualitätserhaltende Aufarbeitungsstrategie, ausgehend von der geernteten Frischmasse der Mikroalge, vorgestellt. Die Kultivierung erfolgt unter optimierten Bedingungen in Blasensäulen-Photobioreaktoren. Desweiteren wird aufgezeigt, dass der Einsatz einer fraktionierten, partiell Modifier-gestützten Hochdruckextraktion mit überkritischem Kohlendioxid nicht nur die Gewinnung einer Lutein-angereicherten Wertstofffraktion erlaubt, sondern einer weitere, vielversprechende Lipidfraktion erhalten wird. Die analytische Charakterisierung der Inhaltsstoffe wird von der Bestimmung der antioxidativen Eigenschaften der Extraktfraktionen flankiert.

[1] F. Pagels, D. Salvaterra, H. M. Amaro und A. C. Guedes, „Pigments from microalgae,“ in Handbook of Microalgae-Based Processes and Products, E. Jacob-Lopes, M. Manzoni Maroneze, M. I. Queiroz und L. Queiroz Zepka, Hg., Elsevier, 2020, S. 465–492.

[2] Y. Xie, X. Xiong, S. Chen, Challenges and potential in increasing lutein content in microalgae. Microorganisms, 2021, 9. Jg., Nr. 5, S. 1068. 

[3] J. D. Ribaya-Mercado und J. B. Blumberg, „Lutein and zeaxanthin and their potential roles in disease prevention,“ Journal of the American College of Nutrition, 2004, 23. Jg., Nr. 6, S. 567-587.

[4] P. K. Kashyap, et al., An efficient process for the extraction of lutein and chemical characterization of other organic volatiles from marigold (Tagetes erecta L.) flower. Food Chemistry, 2022, 396. Jg., S. 133647.