Steigerung der Produktsynthese an Omega 3- und Omega 6-Fettsäuren im Algenlipidextrakt


Increase of product synthesis of Omega 3- and Omega 6-fatty acids in the lipid extract of algae

SCHLAGWÖRTER
Algen, Lipide, PUFA

KURZFASSUNG
Polyungesättigte Fettsäuren (PUFA) wie die Omega 3-Fettsäure Eicosapentaensäure (EPA) sowie die Omega 6-Fettsäure
g -Linolensäure (GLA) besitzen für den Menschen essentiellen Charakter. Als Präcursoren der Prostaglandine, Thromboxane und Leucotriene wirken sie Herz-Kreislauf-stabilisierend, cholesterinsenkend und entzündungshemmend, wobei die einzelnen PUFA unterschiedliche Effektivität zeigen.
Das Ziel des Projektes bestand in der Steigerung der PUFA-Synthese, wobei folgende Untersuchungsschwerpunkte gesetzt wurden:
  • Optimierung der Fettsäureanalysenmethodik
  • Steigerung der PUFA-Synthese durch Optimierung der Wachstumsparameter
  • Screening im Bereich antarktischer Algen
  • Induktion einer PUFA-Überproduktion durch Einsatz von Inhibitoren
  • Screening nach PUFA-Überproduktionsmutanten nach g -Bestrahlung
  • Optimierung des down stream processing.

Nach dem vorliegenden Erkenntnisstand sind folgene Mikroalgenspecies für die Produktion von PUFA prädestiniert:
  • Spirulina platensis
für g -Linolensäure
  • Porphyridium cruentum 1932/107
für Arachidonsäure
  • Porphyridium cruentum 1380-1d
für Eicosapentaensäure.

Durch Optimierung der Kultivationsbedingungen sind signifikante Steigerungen der PUFA-Gehalte auf folgende Werte möglich:
  • 20 mg / g TM g -Linolensäure
  • 28 mg / g TM Arachidonsäure
  • 17 mg / g TM Eicosapentaensäure realisierbar.

Sowohl für GLA als auch für EPA liegt der optimale Erntezeitpunkt in einer batch-Kultur in der exponentiellen Wachstumsphase. Für beide PUFA zeigt sich eine enge Korrelation zu wachstumsfördernden Kultivationsbedingungen. Dazu zählen neben optimaler Licht-, Nitrat- (vgl. Abb.1) und CO2-Versorgung auch Zusätze von Acetat sowie das Aufrechterhalten der exponentiellen Wachstumsphase durch eine kontinuierliche bzw. semikontinuierliche Kultivationsführung. Daneben sind signifikante Kurzzeitsteigerungen der PUFA-Syntheserate unter Streßbedingungen wie erhöhte Sauerstoffkonzentration, Reduzierung der Temperatur und Reduzierung der Beleuchtungsstärke induzierbar.

Abb.1: Einfluß von Nitrat auf GLA und Biomasse von Spirulina platensis

Der Einsatz von Inhibitoren (Metazachlor und Alachlor) sowie die Anwendung von g -Bestrahlung erfolgte mit dem Ziel der Induktion von Überproduktionsmutanten. Am Beispiel von Metazachlor und Alachlor konnte eine Inhibierung der GLA-Synthese durch Hemmung der Desaturasen und der Fettsäuresynthetase nachgewiesen werden. Nach Anwendung von Alachlor (3x 1 mg/l bzw. 1x 50 mg/l) kann eine Steigerung des GLA-Gehaltes in der alachlorfreien Regenerationsphase auf 19 - 22 mg GLA / g TM erreicht werden. Der GLA-Anteil im Fettsäurespektrum erhöht sich dabei bis auf 31 % . Die Aufrechterhaltung dieser Überproduktion erfordert jedoch umfangreiche Selektionsmaßnahmen.
Durch Optimierung des down-stream processing ist es nun möglich, GLA-reiche Lipidextrakte in unterschiedlicher Kombination mit anderen Biowertstoffen wie ß-Carotin und Vitamin E zu gewinnen und langzeitig stabil zu lagern.
Analytisch konnte der Nachweis erbracht werden, daß die aus Spirulina platensis extrahierbare GLA die einzig therapeutisch wirksame cis-Konfiguration der Doppelbindungen aufweist.

Folgende potentielle Nutzungsmöglichkeiten zeichnen sich auf der Basis der im Projekt erhaltenen Ergebnisse ab:

Als Applikationsformen sind Kapseln der unterschiedlichsten Gestaltungsform sowie die Herstellungen von Mischungen mit anderen Ölen und deren direkte Einmischung in Produkte prinzipiell denkbar.

BEARBEITER
Dipl.-Chem. Horst Franke
Dr. Monika Springer
Chem. Ing- Katrin Döbel
CTA Gisela Träger

FÖRDERUNG
Bundesministerium für Bildung und Forschung

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