Fermentation von Seitenströmen der Zuckerindustrie mittels Basidiomyceten

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2026

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https://doi.org/10.22029/jlupub-20956

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Aufgrund einer wachsenden Weltbevölkerung wird eine nachhaltige und effiziente Nutzung der zur Lebensmittelproduktion angebauten Pflanzen immer bedeutsamer. Noch immer werden große Teile der bei der Lebensmittelverarbeitung anfallenden Nebenströme verworfen oder zur Tierfutterherstellung eingesetzt. So auch bei der Raffinade-Produktion, bei welcher große Mengen extrahierter Rübenschnitzel anfallen. Rübenschnitzel enthalten nur noch geringe Mengen Saccharose und sind aufgrund des hohen Anteils unverdaulicher Zellwandpolymere für den menschlichen Verzehr nicht geeignet. Basidiomyceten verfügen über eine breite Enzymvielfalt, die es ihnen ermöglicht, komplexe Strukturen, wie Zellwandkohlenhydrate und Lignin abzubauen und zu metabolisieren. Die erzeugten Verbindungen sind im Unterschied zum Ausgangsmaterial wieder für den Menschen verwertbar. Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene Nebenströme der Zuckerindustrie betrachtet und geeignete Spezies der Abteilung der Basidiomycota identifiziert, welche diese effizient abbauen können. Dazu wurde zunächst ein Screening in Oberflächenkultur mit > 50 Spezies und ein darauf aufbauendes Screening in Flüssigkultur durchgeführt. Für getrocknete Rübenschnitzel in Kombination mit Melasse waren vor allem die beiden Spezies L. squarrosulus und D. tabescens geeignet. Hier wurden Rohproteingehalte von 19,1 ± 0,1 g·(100 g TM)-1 (L. squarrosulus) und 16,1 ± 0,1 g·(100 g TM)-1 (D. tabescens) erzielt. Durch eine Supplementation mit Althefe aus dem Bierbrauprozess wurden diese weiter auf 26,9 ± 0,6 g·(100 g TM)-1 (L. squarrosulus) und 18,0 ± 0,9 g·(100 g TM)-1 (D. tabescens) gesteigert. Nach Optimierung der Kultivierung im Schüttelkolben wurde der Fermentationsprozess mit L. squarrosulus in den Bioreaktor übertragen. Hier wurde die Kultivierung bis zu einem Maßstab von 20-Litern Kulturvolumen skaliert. Auch wurde gezeigt, dass hochtemperaturgetrocknete Rübenschnitzel ohne Verluste von Pilz- oder Proteingehalt durch frische oder dampfgetrocknete Rübenschnitzel ersetzt werden können. Das erzeugte Mycel von L. squarrosulus wies eine für die Humanernährung vorteilhafte Zusammensetzung auf. So wurden bei Kultivierung auf getrockneten Rübenschnitzeln eine biologische Wertigkeit von 92 ± 1 und ein Anteil von ungesättigten Fettsäuren von 81% an den Gesamtfettsäuren ermittelt. Aus dem erzeugten Mycel wurden hybride Prototypen nach Art einer Bratwurst mit einem Mycelgehalt von 20% hergestellt. Die Hybrid-Produkte überzeugten bei den Attributen Geruch und Geschmack. Ein deutlicher Verbesserungsbedarf war bei Mundgefühl und Textur zu beobachten. Für eine höhere Flexibilität und breitere Anwendung wurden zudem die beiden bereits von Mikroorganismen fermentierten Nebenströme silierte Rübenschnitzel und Vinasse als Substrate betrachtet. Hier zeigte L. squarrosulus auf silierten Rübenschnitzeln, Vinasse und der Kombination beider Nebenströme das beste Wachstum. Es wurden Rohproteingehalte von 18,4 g·(100 g TM)-1 (silierte Rübenschnitzel) bis 32,5 g·(100 g TM)-1 (Vinasse) erzielt. Die höchsten biologischen Wertigkeiten wurden durch Fermentation der silierten Rübenschnitzel mit 91,5 bestimmt. Weiter wurden in dieser Arbeit verschiedene Methoden der Pilzquantifizierung evaluiert. Dazu wurde zum einen eine bereits etablierte photometrische Methode der Chitin-Bestimmung einer halbautomatisierten Methode gegenübergestellt. Die auf einer alkalischen Proteinhydrolyse und einer anschließenden Stickstoffbestimmung nach Kjeldahl basierende Methode lieferte dabei für Mycel und Fruchtkörper vergleichbare Ergebnisse zur photometrischen Methode. Zum anderen wurde für L. squarrosulus eine qPCR-Methode etabliert, welche es ermöglicht, Pilzgehalte von 10-80% mittels Realtime-PCR zu detektieren. Mit beiden Methoden wurden im mittleren Bereich einer Wachstumskurve von L. squarrosulus vergleichbare Pilzgehalte zur Ergosterol-Methode ermittelt.

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