Wenn es aus dem Fermenter angenehm nach Rose, Veilchen oder Sandelholz riecht, dann waren die Biotechnologen des DFI wieder erfolgreich am Werk. Ihr Ziel: natürliche Stoffwechselvorgänge aus Pflanzen mit Hilfe von Enzymen und maßgeschneiderten Mikroben nachzustellen und dabei die Synthese von Aroma- und Duftstoffen noch weiter zu optimieren.
Die Gesellschaft fordert nicht nur bei Lebensmitteln, sondern auch bei anderen Konsumgütern, immer stärker natürliche Produkte und umweltfreundliche Verfahren ein. In Zeiten sich verknappender fossiler Rohstoffe und zunehmendem Raubbaus an der Natur sind biotechnologische Prozesse auf Basis nachwachsender Rohstoffe mehr denn je gefragt und leisten einen wichtigen Beitrag für eine nachhaltige Industriegesellschaft.
Am DFI forschen die Wissenschaftler seit nunmehr zwei Jahrzehnten an der biotechnologischen Gewinnung der unterschiedlichsten Aroma- und Duftstoffe. Die vielen bisherigen Projekte am DFI zu diesem Thema verbindet eine zentrale Frage: wie gelingt es, die Substrate hocheffizient in die gewünschten Produkte zu überführen? Denn hohe Ausbeuten und Produktivitäten sind für eine spätere Übertragung in die Anwendung unabdingbare Voraussetzung. Um diese Frage zu beantworten, müssen die Wissenschaftler die Brücke von der Grundlagen- bis zur praxisnahen Forschung schlagen.
Über die Jahre hat das DFI so eine ganze »Toolbox« an spezifischen Methoden für die Biotechnologie der Aroma- und Duftstoffe aufgebaut, die in öffentlich geförderten und Industrie-finanzierten Vorhaben eingesetzt werden. Hierzu zählen neben den notwendigen analytischen Methoden verschiedene bioverfahrenstechnische Maßnahmen. Beispiele sind Verfahren zur in situ Produktabtrennung, wie Extraktion, Adsorption und Membranseparation. Zur Optimierung der Prozessführung enzymatischer Reaktionen erforschen die Biotechnologen derzeit am Beispiel der Synthese von Estern des Minzaromas Menthol den Einsatz lösungsmittelfreier Medien (»2 in 1«).
Darüber hinaus wurden mikro- und molekularbiologische Werkzeuge etabliert, wie alternative mikrobielle Wirtsorganismen und effiziente Selektions- und Screeningverfahren zur Identifikation von Hochleistungsstämmen. Das DFI setzt dabei auch auf unkonventionelle Mikroben, die hinsichtlich der Zielstellung über besondere Eigenschaften verfügen. So zeigen Pseudomonaden in Gegenwart höherer Konzentrationen von Aromastoffen ein deutlich besseres Wachstum als die traditionell verwendeten Mikroben Bäckerhefe und Escherichia coli und stellen eine gute Basis für die gewünschten Synthesen dar (»Mikroben und Lösungsmittel«). Mit genetisch veränderten »Knallgasbakterien« wiederum können auch unkonventionelle Substrate wie Kohlendioxid und Wasserstoff für die biotechnologische Synthese von Aroma- und Duftstoffen erschlossen werden (»CO2 zu Terpenen«).
Ausgehend von ihren jüngsten Entdeckungen neuer Enzyme können die DFI-Biotechnologen nun auch völlig neue Aroma- und Duftstoffe der Stoffklasse der Terpene synthetisieren (»Terpene mit ungewöhnlichen Kohlenstoffgerüsten«).
Das DFI nutzt das über die Jahre aufgebaute Know-how auch, um ganz neue Wertschöpfungsketten ausgehend von Reststoffen der heimischen Landwirtschaft aufzubauen. Dieses Ziel verfolgen die Wissenschaftler im Rahmen eines kürzlich gestarteten LOEWE-Schwerpunktes des Landes Hessen, um mit Hilfe der modernen Biotechnologie aus Fraktionen des Obst- und Weinbaus interessante Aromastoffe und gesundheitsfördernde Substanzen zu erzeugen (»AROMAplus«).
Die stetig zunehmende Bedeutung nachhaltig erzeugter biotechnologischer Produkte wurde kürzlich auch durch die große Resonanz der BIOFLAVOUR 2018 deutlich.
Bildquelle(n): Adobe.Stock (Madamlead)
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