CACD – das steht für Citric Acid Cool Device, frei übersetzt in etwa Zitronensäure-Kühlgerät. Cool war aber nicht nur das Gerät, sondern auch der gesamte Wettbewerb und das Mittweidaer Team. Mitte Juli veranstaltete das Institut für Lebensmittel- und Bioverfahrenstechnik der TU Dresden bereits zum 10. Mal den 99€-Bioreaktor-Wettbewerb und hieß dabei 11 Teams in der sächsischen Landeshauptstadt willkommen.
Fokus Forschung: Vom Bierfass über Aquaristik zur Zitronensäure
Fokus Forschung: Vom Bierfass über Aquaristik zur Zitronensäure
Forschung,
Nachwuchsforschung
CACD-Team der Hochschule Mittweida belegt den 5. Platz beim 99€-Bioreaktor-Wettbewerb
Citratherstellung mit einem Budget von 99 Euro
Das diesjährige Wettbewerbsziel war es, in einem selbstgebauten Bioreaktor Citrat mit der Hefe Yarrowia lipolyitca herzustellen – und das unter Einhaltung eines Budgetlimits von 99 Euro. Industriell eng verwandt mit Citrat ist die Zitronensäure, die traditionell durch die Verarbeitung von Zitrusfrüchten gewonnen wurde; heute erfolgt ihre großtechnische Herstellung überwiegend mittels Fermentation durch den Schimmelpilz Aspergillus niger. Dieses Verfahren birgt jedoch einige Nachteile, wie eine unbefriedigende Ausbeute nach der Aufreinigung und die Anhäufung erheblicher Mengen fester und flüssiger Abfälle, weshalb die Hefe Yarrowia lipolytica zunehmend in den Fokus der Forschung rückt, da sie das Potenzial bietet, Citrat effizienter zu produzieren [1]. Citrat ist dabei ein Nebenprodukt verschiedener energieliefernder Stoffwechselwege, wie der Glykolyse und dem Citratzyklus [2].
Cooles Equipment fordert kreatives Team
Die Hochschule Mittweida wurde dieses Jahr durch die Masterstudierenden Anna Naruschat, Jenny L. Woide und Vanessa Bergler, sowie durch die Bachelorstudierenden Emilia Korb, Josephine Speer, Julian Spies und Pia Lange unter der Betreuung von René Kretschmer von der Fachgruppe Biotechnologie vertreten.
Es etablierte sich schnell der Plan, einen Schlaufenreaktor herzustellen. Schlaufenreaktoren zeichnen sich durch eine kontinuierlich zirkulierende Strömung aus, bei der das Reaktionsmedium ständig in Bewegung bleibt. Besonders gasgetriebene Schlaufenreaktoren, wie in CACD, gelten als energieeffizient und haben den Vorteil, dass sie sauerstoffabhängige Organismen wie Yarrowia lipolytica zuverlässig und dauerhaft mit Sauerstoff versorgen können [3], [4].
Für die Umsetzung des Reaktors wurde auf herkömmliche Berieselungssteine und weiteres Equipment aus der Aquaristik zurückgegriffen. Die geplante pH-Steuerung mittels pH-Messelektrode und Pumpe fiel kurz vor Wettbewerbsbeginn aus technischen Gründen aus, woraufhin das Team mit viel Improvisationsgeist reagierte: Eine Spritze mit verdünnter Natronlauge wurde kurzerhand an ein Regal geklebt und der Zulauf durch eine Schlauchklemme so justiert, dass die Tropfrate zur Stabilisierung des pH-Werts zwischen 4,5 und 5,5 ausreichen sollte. Dabei wurde der eigentliche Reaktor in einem umgestalteten Bierfass untergebracht, um möglichen Wasserschäden vorzubeugen. Diese außergewöhnliche „Verpackung“ sorgte letztendlich für viel Spannung, da das Innere des Reaktors während der gesamten 24-stündigen Kultivierungszeit ein Mysterium für die konkurrierenden Teams war.
Mit einer Menge von 0,616 g und den niedrigen Kosten von 66,86€ konnte schlussendlich die HS Mittweida den 5. Platz belegen. Gewinner wurde das Heimteam der TU Dresden mit einer stolzen Ausbeute von 2,88 g Citrat.
Wir gratulieren herzlich zum Erfolg!
Text: Pia Lange, Jenny L. Woide
Fotos: Hochschule Mittweida
Referenzen
[1] Anna Żywicka et al, Significant enhancement of citric acid production by Yarrowia lipolytica immobilized in bacterial cellulose-based carrier, Journal of Biotechnology, Volume 321, 2020, Pages 13-22, ISSN 0168-1656, doi.org/10.1016/j.jbiotec.2020.06.014.
[2] Książek, E., 2023. Citric Acid: Properties, Microbial Production, and Applications in Industries. Molecules 29, 22. doi.org/10.3390/molecules29010022
[3] Reschetilowski, W. (Ed.), 2020. Handbuch Chemische Reaktoren: Chemische Reaktionstechnik: Theoretische und praktische Grundlagen, Chemische Reaktionsapparate in Theorie und Praxis, Springer Reference Naturwissenschaften. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg. doi.org/10.1007/978-3-662-56434-9
[4] Behr, A., Agar, D.W., Vorholt, A.J., Jörissen, J., 2025. Einführung in die Technische Chemie. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg. doi.org/10.1007/978-3-662-70148-5