Ist eine nachhaltige, lokale Alternative zu Palmöl möglich? Das Forschungskonsortium NextVegOil aus Aachen, Bochum, Düsseldorf und Münster strebt an, künftig ein großtechnisches Verfahren zur Herstellung eines Palmöl ähnlichen mikrobiellen Öls aus landwirtschaftlichen Abfällen zu entwickeln. Ein speziell modifizierter einzelliger Pilz erledigt die Arbeit. In dem vom Bioeconomy Science Center (BioSC) geförderten Projekt, an dem zwei Forschungsgruppen der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) beteiligt sind, soll dann in Kooperation mit einem Start-up veganer Käse auf Basis des Palmöl-Ersatzes hergestellt werden mit Sitz in Berlin und Bonn.
Palmöl ist eines der am häufigsten verwendeten Pflanzenöle. Das kostengünstige Produkt wird in vielen Bereichen der Lebensmittelindustrie eingesetzt und kann auch bei der Herstellung von Biokraftstoffen eingesetzt werden.
Die Palmölproduktion hat jedoch weitreichende ökologische Folgen: Große Flächen des tropischen Regenwaldes werden abgeholzt, um die Anpflanzung von Palmenmonokulturen zu ermöglichen, wodurch wertvolle Ökosysteme verloren gehen und die Biodiversität stark beeinträchtigt wird. Dies stellt beispielsweise eine ernsthafte Bedrohung für die Orang-Utan-Population auf den indonesischen Inseln Borneo und Sumatra dar. Zudem muss das in den Tropen produzierte Palmöl über sehr weite Strecken zu den Verbrauchern in Europa und den USA transportiert werden, mit entsprechenden Folgen für die Umwelt. Auch die Nutzung von Palmöl für Biokraftstoffe konkurriert mit der Nahrungsmittelproduktion.
Wesentlich nachhaltiger, ressourcen- und umweltschonender wäre es, ein palmölähnliches Produkt regional und verbrauchernah herzustellen – aus Pflanzenresten, die weder als Lebensmittel noch als chemische Rohstoffe für die Industrie wirtschaftlich verwertbar sind . Genau dieses Ziel verfolgt das Forschungskonsortium NextVegOil mit Sitz in Nordrhein-Westfalen (NRW).
Mithilfe des Pilzes Ustilago maydis haben die Forscher einen Weg gefunden, ein mikrobielles Öl herzustellen, das Palmöl sehr ähnlich ist – also eine ähnliche Zusammensetzung von Fettsäuren aufweist, die seine Eigenschaften bestimmen – und sich daher voraussichtlich für die Verwendung in Lebensmitteln eignen könnte . Ziel des Projekts ist es, die Fermentation von Maisstroh, der weder verzehrt noch als Tierfutter verwendet werden kann, großtechnisch zu etablieren.
Die Agrarindustrie steht Ustilago maydis sonst nicht wohl: Der einzellige Pilz verursacht die Pflanzenkrankheit „Maisbrand“; dieser Pilz ist jedoch für den Menschen ungefährlich und gilt in Mexiko sogar als Delikatesse. „Was für manche ein Nachteil ist, können wir für unsere Ziele nutzen: Da der Pilz so gut an Mais angepasst ist, eignet er sich auch hervorragend für die Verwertung von Maisresten“, sagt Professor Dr. Michael Feldbrügge vom Institut für Mikrobiologie an der HHU, der in Düsseldorf mit an dem Projekt beteiligt ist. Er fährt fort: „Der Pilz, der natürlich auch andere biotechnologisch relevante Stoffe wie Biotenside herstellt, wurde bereits viel gentechnisch und biotechnologisch erforscht, sodass wir wissen, wo wir ihn für unsere Zwecke einsetzen können.“
Professor Feldbrügges Kollege Professor Dr. Markus Pauly vom Institut für Zellbiologie und Biotechnologie der Pflanzen der HHU ergänzt: „Mais bietet auch züchterisches Potenzial, um die Pflanzenreste für eine solche Stoffwechselumwandlung durch den Pilz ohne transgene Methoden zu optimieren.“
Die Forscher haben herausgefunden, dass Ustilago maydis anstelle von Tensiden auch Öl produzieren kann, wenn der Syntheseprozess des Pilzes an einer bestimmten Stelle auf genetischer Ebene unterbrochen wird. Dies wurde bereits im Kleinen demonstriert. Das Fettsäureprofil dieses Öls ist dem von Palmöl sehr ähnlich, was es als Ersatzprodukt sehr vielversprechend macht. In den nächsten Jahren wollen die Düsseldorfer Forscher den Pilz so optimieren, dass das daraus gewonnene Öl noch besser den Eigenschaften von Palmöl entspricht. Außerdem arbeiten sie an biotechnologischen Verfahren, um den Rohstoff Maisstroh im Fermenter optimal umzusetzen.
Die Projektpartner an der Technischen Universität Aachen (RWTH) arbeiten an den nächsten Schritten zur Etablierung eines wirtschaftlich machbaren Herstellungsverfahrens für den Palmölersatz. Sind in Düsseldorf die optimalen Parameter für die Mais-Biomasse-Umsetzung und den Pilz gefunden, kann der Fermentationsprozess in den großtechnischen Maßstab überführt werden. Die in diesem mikrobiellen Prozess hergestellten Öle müssen anschließend genau analysiert und gereinigt werden, um sicherzustellen, dass sie den Lebensmittelstandards entsprechen.
Neben den biologischen und technischen Aspekten gibt es auch einen wirtschaftlichen Aspekt: Parallel zu den laufenden Aktivitäten analysieren die Bochumer Forscher die Wirtschaftlichkeit der Prozessketten und untersuchen die Märkte, auf denen der Palmölersatz verkauft werden kann. Die Pilotierung des Produkts steht im Mittelpunkt des Projektpartners Formo, einem Biotech-Start-up, das mit dem mikrobiellen Öl veganen Käse herstellen will.
„Allen Projektbeteiligten ist es wichtig, dass wir als Alternative zum herkömmlichen Palmöl ein nachhaltiges Produkt anbieten können: ein regionales Produkt, hergestellt aus nachwachsenden Rohstoffen, mit guter CO2-Bilanz. Und auch ein Produkt, das nicht in Konkurrenz steht Lebensmittelproduktion, da die Ausgangsstoffe ohnehin anfallende Reststoffe sind“, sagen Professor Feldbrügge und Professor Pauly.
Das NextVegOil-Projekt
An dem Projekt zur mikrobiellen Herstellung eines Palmöl-Ersatzes sind zwei biologische Institute der HHU beteiligt: Das Institut für Zellbiologie und Biotechnologie der Pflanzen (Professor Dr. Markus Pauly) und das Institut für Mikrobiologie (Professor Dr. Michael Feldbrügge) arbeiten daran die Optimierung der Maisbiomasse, ihre Umwandlung mit Ustilago maydis und die Optimierung der Ölproduktion.
Auf die Vergärung des Öls konzentriert sich der Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik der RWTH Aachen unter der Leitung von Professor Dr. Jochen Büchs. An der Universität Münster analysieren Forscher des Instituts für Anorganische und Analytische Chemie um Professor Dr. Heiko Hayen die Zusammensetzung der gewonnenen Öle. Prof. Dr. Stefanie Bröring vom Lehrstuhl für Entrepreneurship und innovative Geschäftsmodelle der Ruhr-Universität Bochum untersucht die betriebswirtschaftlichen und marktwirtschaftlichen Aspekte. Schließlich will das Biotech-Start-up Formo mit Sitz in Berlin und Bonn den Palmöl-Ersatz für die Herstellung von veganem Käse nutzen.
Zur Verfügung gestellt von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf