Forschung für nachhaltige Chemie

Nachhaltig und umweltfreundlich soll unsere Wirtschaft werden. Ein wichtiger Schlüssel dafür ist die nachhaltige Herstellung wichtiger Grundchemikalien, die man in vielen Industriebereichen benötigt – von der Lebensmittelproduktion bis hin zur pharmazeutischen Industrie. Dazu gehört auch die Zitronensäure. Der weltweite Bedarf an dieser Chemikalie liegt bei über zwei Millionen Tonnen pro Jahr – Tendenz steigend.

Zitronensäure – unverzichtbar für Alltag und Industrie

Zitronensäure ist aus unserem Alltag kaum wegzudenken: Ob als Konservierungsmittel, Säureregulator, Bestandteil von Kosmetika oder zum Entkalken der Kaffeemaschine – ihre Einsatzmöglichkeiten sind vielfältig. Dabei überrascht es viele, dass Zitronensäure nicht aus Zitronen gewonnen wird.

Längst hat man dafür effizientere Verfahren gefunden: Man nutzt spezielle Stämme eines Schimmelpilzes, die unter passenden Laborbedingungen wertvolle Biochemikalien produzieren.

Schimmelpilze als Schlüssel zur nachhaltigen Produktion

Schon seit rund hundert Jahren wird Zitronensäure großindustriell mit Hilfe des Schimmelpilzes Aspergillus niger hergestellt. Dabei handelt es sich um einen guten Bekannten aus dem Alltag: Man findet ihn in Badezimmern, auf verdorbenen Lebensmitteln, oder auch in Gießkannen, weshalb er auf Deutsch auch als „schwarzer Gießkannenschimmel“ bezeichnet wird.

Von der Badewanne ins Labor: Aspergillus niger

Das heißt nicht, dass man mit Schimmel aus der Badewanne Zitronensäure herstellen kann. „Nur ganz bestimmte Stämme dieses Pilzes kann man für industrielle Produktion von Chemikalien nutzen“, erklärt Prof. Matthias Steiger, Leiter des neuen Christian Doppler Labors. „Wir wollen nun biochemisch genau verstehen, wie der Pilz Zucker in Zitronensäure umwandelt, und wie das von den Genen des Pilzes genau gesteuert wird.“

Biochemie verstehen, Pilzstämme optimieren

In den letzten Jahren gab es in diesem Bereich bereits große Fortschritte: Man hat bestimmte Gene identifiziert, die für den Stoffwechsel des Pilzes eine entscheidende Rolle spielen. Mit diesem Wissen kann man unter verschiedenen Pilz-Stämmen nun gezielt die erfolgversprechendsten auswählen.

Um solche Prozesse effizienter zu machen, wird im neugegründeten Christian Doppler Labor an der TU Wien nun die Biochemie und die Genetik dieser Pilz-Stämme genau untersucht. So wollen die Forschenden die Zitronensäure-Produktion verbessern. Dadurch vermeiden sie Verfahren wie Genmanipulation, die kompliziertere Zulassungsverfahren und entsprechende Kennzeichnung nötig machen würden.

Effizienz ohne Gentechnik: Evolution im Labor

Durch technische Genmanipulation in das Genom des Pilzes einzugreifen ist nicht Ziel des Projekts. Gerade im Lebensmittelbereich möchte man das vermeiden und  suche nach naturnahen Möglichkeiten, hocheffiziente Pilze zu erhalten. „Wir sehen uns daher an, wie man den Pilz durch die passende Umgebung dazu bringen kann, sich von selbst so zu entwickeln, wie wir das wollen“, sagt Matthias Steiger. „Wenn wir den Zusammenhang zwischen dem Stoffwechsel des Pilzes und seiner Evolution genau verstehen, können wir im Labor für einen Evolutionsdruck sorgen, der immer bessere Pilz-Stämme hervorbringt.“

Messmethoden für den Einsatz im Prozess

Begleitet wird das nicht nur von Genanalysen des Pilzes, sondern auch von neuen, präzisen Messmethoden, mit denen man die biochemischen Abläufe direkt während des Produktionsverfahrens genau überwachen kann. „Die Pilz-Stämme, die wir auf diese Weise im CD-Labor entwickeln, werden die Zitronensäureproduktion deutlich verbessern“, sagt Matthias Steiger.

Eröffnung und Zusammenarbeit mit Partner aus der Industrie

Das neue Labor wurde am 5. November am Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und technische Biowissenschaften offiziell eröffnet. Finanziert wird es vom Bundesministerium für Arbeit und Wirtschaft (BMAW) und Unternehmenspartner Jungbunzlauer, einem Hersteller von nachhaltigen Inhaltsstoffen für Lebensmittel und Getränke, Gesundheit, Ernährung, Haushaltsmitteln und Körperpflege.

Nachhaltigkeit als gemeinsames Ziel

„Zitronensäure fungiert als essenzieller Inhaltsstoff für die Lebensmittel- wie auch Kosmetikindustrie“, erklärt Arbeits- und Wirtschaftsminister Martin Kocher, Schirmherr der CD-Labore. „Die tiefgehende Erforschung der biologischen Prozesse hinter dem Produktionsprozess wird diesen effizienter, nachhaltiger und kreislauffähiger machen und dazu beitragen, Zitronensäure auch weiterhin nachhaltig in Österreich produzieren zu können.“

“Wir freuen uns, diese wichtige Forschung unterstützen zu können“, erklärt Anne Wagner, Junbunzlauer’s VP Research, Development & Innovation. “Bei Jungbunzlauer ist die Nachhaltigkeit eines unserer Kernanliegen. Durch die Kollaboration mit der TU Wien und durch Unterstützung dieser innovativen Forschung zielen wir darauf ab, unsere Produktionsprozesse zu verbessern in einer Weise, die unserem Engagement für die Umweltverantwortung gerecht wird”.

Quelle: Technische Universität Wien