Citronensäure ist ein Primärmetabolit des Citronensäure-Zyklus und in geringen Mengen in allen Tieren und Pflanzen vorhanden. Die erste kommerzielle Herstellung erfolgte 1826 in England durch Extraktion aus Zitronen. Ab 1919 setzte sich die industrielle Produktion mithilfe des Pilzes Aspergillus niger durch – ein Verfahren, das bis heute den Markt dominiert. Inzwischen wird weltweit über 80 % der Citronensäure biotechnologisch hergestellt. Ihr größter Einsatzbereich liegt in der Lebensmittelindustrie, etwa als Säuerungsmittel oder Konservierungsstoff. Trotz seines Erfolgs bringt die Nutzung von A. niger einige Probleme mit sich: Der Pilz kann Mycotoxine wie Ochratoxin A bilden. Die Kultivierung ist anspruchsvoll, da sie ein enges pH-Fenster und eine genau abgestimmte Nährstoffzusammensetzung erfordert.
Hier könnte die Hefe Yarrowia lipolytica eine interessante Alternative bieten. Sie ist wesentlich flexibler in Bezug auf die verwendeten Substrate: Selbst Glycerin, das häufig als industrielles Nebenprodukt anfällt, kann als Kohlenstoffquelle genutzt werden. Zudem gilt die Hefe als nicht pathogen und bildet keine toxischen Nebenprodukte.
Das TU Braunschweig-Team Squeeze the Yeast mit ihrem Teamchef Anwar Walid, Doktorand am Institut für Bioverfahrenstechnik der TU Braunschweig, und den acht Studierenden Lukas Blasczyk, Niklas Ebert, Jannik Ellermann, Maximilian Müller, Sammy Leon Singh Jannis Schweizer, Tabea Tiedmann und Tanja Zierott. Stellte sich der herausfordernden Aufgabe.
Nach der Konstruktions- und Bauphase sowie vorbereitenden Kultivierungen fuhr das Braunschweiger Team an die TU Dresden. Nach der Ankunft und einer kurzen Einweisung in den Laboren der TU Dresden hatten die teilnehmenden 12 (!) Teams Zeit, ihre Bioreaktoren aufzubauen und vorzubereiten. Der Startschuss der 24-stündigen Kultivierung erfolgte durch das Animpfen der Reaktoren mit dem Inokulum. Ab diesem Zeitpunkt (t = 0) musste der Bioreaktor autark funktionieren.
Squeeze the Yeast legte einen guten Start hin, verpasste jedoch mit einer finalen Citratkonzentration von 1,2 g/L Citrat mit einem Abstand von 0,1 g/L Citrat nur knapp das Podium.
Der 99 €-Wettbewerb ist ein spannender und zugleich herausfordernder Wettbewerb, in dem die Studierenden ihr theoretisch erworbenes Wissen in einem sehr praxisnahen Szenario unter Beweis stellen können. Von den Teilnehmenden werden dabei nicht nur Fähigkeiten im Reaktordesign und -bau, sondern auch in der Optimierung von Kultivierungsbedingungen sowie der Einhaltung ökonomischer Rahmenbedingungen abverlangt.
Die Vorbereitung und Vorarbeiten des Biotech-Teams der TU Braunschweig wurden dankenswerterweise mit Studienqualitätsmitteln der Fakultät für Lebenswissenschaften und durch die Bereitstellung von Räumlichkeiten und Material durch das Institut für Bioverfahrenstechnik und das Institut für Mikrobiologie unterstützt.
Das diesjährige Team freut sich beim nächsten Mentorenabend allen Interessierten, die beim nächsten Wettbewerb teilnehmen möchten, ihr Projekt vorzustellen und sie mit fachlichen Ratschlägen zu unterstützen.