Aber nicht alle Pflanzeninhaltsstoffe lassen sich in ihrer natürlichen Form industriell nutzen. Oft müssen sie mit Hilfe von Enzymen umgewandelt werden. Auch hier wird man in der Natur fündig. Heute sind bereits mehr als 3.000 verschiedene Enzyme bekannt. Aber erst 150 werden in großem Maßstab kommerziell genutzt. Bislang setzt die Industrie vor allem Enzyme aus Mikroorganismen ein, die sich kultivieren lassen. Am Screening Center des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB suchen Forscher nach neuen Enzymen aus Bakterien und Co.

Gentest mittels Agarose-Gel © ECOD-BIO / EUSEM

Hilfe durch Genbibliothek
Die Wissenschaftler um Dr. Steffen Rupp nutzen dazu eine besondere Technik: Sie isolieren aus einer Umweltprobe die gesamte DNA und nicht einzelne Mikroorganismen. Das Erbgut wird in einer Genbibliothek gesammelt und auf enzymatische Aktivität getestet. Mittlerweile wurden bereits 65.000 Klone auf verschiedene Aktivitäten untersucht. Mit Erfolg: Die Forscher haben schon eine breite Palette von Enzymen identifiziert, die neue Umsetzungen ermöglichen und zum Beispiel Pflanzenöle in Fettsäuren und Glyzerin umwandeln oder Proteine spalten. Ein weiteres Arbeitsfeld der Forscher ist das Screening nach Milchsäurebakterien-Stämmen, die Stärke direkt zu Milchsäure vergären können.

Mit Hilfe der Bio- und Gentechnologie lassen sich sogar neue und verbesserte Mikroorganismen und Enzymvarianten entwickeln. Daran arbeiten neben dem IGB auch das IME. Die technischen Enzyme werden in industriell geeigneten Expressionsorganismen wie Bakterien, Hefen, tierischen Zellen und Pflanzen hergestellt.

	Enzymtest im Labor © USDA

Vom Roh- zum Wertstoff
Im Mittelpunkt der industriellen Biotechnologie steht die „Biokonversion“: die Umwandlung der Rohstoffe in Wertstoffe. Dazu werden entweder Mikroorganismen (Fermentation) oder Enzyme (Biokatalyse) genutzt. Damit die Rohstoffe in großen Mengen schnell und wirtschaftlich umgewandelt werden können, müssen neue Bioproduktionsverfahren entwickelt werden.

Forscher vom UMSICHT arbeiten zum Beispiel an einem Herstellungsverfahren für Bernsteinsäure. Das Projekt wird von der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe gefördert. Die Dicarbonsäure, die als Säuerungsmittel, Geschmacksstoff und Konservierungsmittel in der Lebensmittelindustrie eingesetzt wird, eignet sich hervorragend als Plattformchemikalie. Mit Hilfe von Mikroorganismen kann die wertvolle Subs-tanz aus Glucose gewonnen werden. Forscher des IGB hingegen nutzen Mikroalgen, um Fettsäuren und Carotinoide zu produzieren. In einem Flachplatten-Airlift-Reaktor können die Algen in Massen gezüchtet werden.