Biotechnological Production of Fungal Colorants

Abstract

Da eine globale Transformation in Richtung zirkulärer Bioökonomie auf nachhaltige Prozesse und umweltfreundliche Produkte angewiesen ist, werden in dieser Arbeit Alternativen für aktuell eingesetzte Farbstoffe untersucht. Die biotechnologische Produktion von Farbstoffen aus Pilzen wird als Lösungsstrategie vorgeschlagen.Zwei verschiedene Spezies wurden auf ihr Potential als Farbstoff‐Produzenten untersucht: der Gemeine Schwefelporling (Laetiporus sulphureus) und der Zottige Schillerporling (Inonotus hispidus). Beide Arten sind bekannt dafür, sowohl im Fruchtkörper, als auch im Myzel in flüssiger Nährkultur farbige Moleküle zu synthetisieren. L. sulphureus produziert die orangen Laetiporsäuren und I. hispidus bildet das gelbe Hispidin, ein bekanntes Antioxidant mit vielen weiteren Bioaktivitäten.Die Kultivierung beider Spezies wurde in dieser Arbeit vom Schüttelkolben bis zum 4 bzw. 7 L Maßstab im Bioreaktor vergrößert und die Nährmedien optimiert. Durch den Vergleich vier verschiedener L. sulphureus Stämme wurde der potenteste Produktionsstamm ausgewählt und erzielte Ausbeuten von rund 1 g/L Laetiporsäure. Bei der Kultivierung von I. hispidus wurden verschiedene physikalische und chemische Einflussfaktoren zur Steigerung der Hispidin‐Ausbeute getestet. Der Einsatz von Belichtung und oxidativem Stress stimulierte die Farbstoffsynthese, genau wie dem Nährmedium zugesetzte Prekursoren. Alle Effektoren wurden in parallelen Kultivierungen in Bioreaktoren zweier verschiedener Bauarten getestet und eine Ausbeute von 5,5 g/L Hispidin erzielt. Verschiedene Produktaufarbeitungs‐Strategien wurden etabliert, von der klassischen Extraktion bis zum Zwei‐Phasen‐System. Die zuvor geringe Stabilität der Laetiporsäure‐Extrakte konnte durch Stickstoff und Lagerung bei niedrigen Temperaturen stabilisiert werden und das Potential für die Anwendung in Textilien, Kosmetika und Lebensmitteln wurde demonstriert.Zusammenfassend wurde in dieser Arbeit anhand von zwei Beispielen gezeigt, dass die biotechnologische Produktion von Pilzfarbstoffen möglich ist. Die Maßstabsvergrößerung von Labor bis zur Pilotanlage wurde berichtet und die Kombination von chemischen und physikalischen Einflussfaktoren sorgte für Ausbeuten im g/L Bereich, die einen entsprechenden Bioprozess wettbewerbsfähig mit konventionellen Prozessen für natürliche Farbstoffe machen.