Untersuchung der Effekte spektralselektiver Bestrahlung auf Mikroalgen

Abstract

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wurde in Zusammenarbeit mit der SSC GmbH Hamburg an den laufenden Forschungsarbeiten von Mark Helamieh am „Institut für nachhaltige Chemie und Umweltchemie“ der Leuphana Universität mitgearbeitet. Untersucht wurde der Einfluss von Temperatur, Lichtintensität und Lichtspektrum auf die Fettsäurezusammensetzung in der Mikroalge Acutodesmus obliquus. Dazu wurden Proben aus vorhergehenden Kultivierungsversuchen analysiert, die im Praxissemester durchgeführt wurden, um den Einfluss von Temperatur und Licht auf das Wachstum der Mikroalge zu testen. Durch diese Arbeit konnten erstmalig optimale Parameter für die Produktion nahrungsmittelrelevanter Fettsäuren in Acutodesmus obliquus definiert werden. Es wurden drei Versuche bei der gleichen Photonenflussdichte (480 μmol m-2 s-1) aber unterschiedlichen Temperaturen (20, 30 und 35 °C) und drei Versuche bei der gleichen Temperatur (30 °C) aber unterschiedlichen Photonenflussdichten (120, 480 und 800 μmol m-2 s-1) durchgeführt. Die Photonenflussdichte ist ein Maß für die Intensität des Lichtes. Für die Beleuchtung der Algen wurden Metall Halogen Lampen genutzt, die ein annähernd solares Spektrum erzeugt haben. In allen Versuchen wurden optische Filterfolien genutzt, um den Algen rotes (580 nm - 700 nm), grünes (450 nm - 650 nm) und blaues (380 nm - 540 nm) Licht zu applizieren. Die Kontrollgruppe (Weißlicht) wurde mit dem ungefilterten Spektrum der Lampen bestrahlt. Für die Analyse der Fettsäuren wurden Proben von den Vorkulturen und zu den Zeitpunkten 1h, 3h, 48h und 72 h nach Versuchsbeginn entnommen. Um die Fettsäuren zu extrahieren, wurde eine abgewandelte Folch Extraktion durchgeführt. Die anschließende Analyse der Fettsäuren erfolgte mittels Gaschromatographie und Massenspektrometrie. Es wurden 15 verschiedene Fettsäuren in A. obliquus identifiziert, wobei die Fettsäuren 16:0 und 18:3 zu den größten prozentualen Anteilen enthalten waren. Da alle Vorkulturen ein sehr ähnliches Fettsäureprofil aufwiesen, waren die Versuche vergleichbar und Veränderungen in den Anteilen der Fettsäuren konnten auf Änderungen der Temperatur- oder Lichtverhältnisse zurückgeführt werden. Eine niedrige Kultivierungstemperatur hat in den Mikroalgen zu höheren Anteilen an mehrfach ungesättigten Fettsäuren und zu geringeren Anteilen an gesättigten und einfach ungesättigten Fettsäuren geführt. Mit steigender Lichtintensität sind die Anteile an gesättigten und einfach ungesättigten Fettsäuren gesunken. Die Anteile der mehrfach ungesättigten Fettsäuren 16:2, 16:3 und 18:2 sind ebenfalls gesunken, während die Anteile der Fettsäuren 16:4, 18:3 und 18:4 angestiegen sind. Zwischen der Bestrahlung der Algen mit weißem, grünem und blauem Licht haben sich keine signifikanten Unterschiede in der Fettsäurezusammensetzung ergeben. Das rote Licht hat jedoch zu signifikant höheren Anteilen der Fettsäuren 16:2, 16:3, 18:1 und 18:2 und signifikant geringeren Anteilen der Fettsäuren 16:4 und 18:3 in den Mikroalgen geführt. Mit steigender Kultivierungsdauer waren die Temperatur- und Lichteffekte verstärkt zu beobachten. Für die Produktion von mehrfach ungesättigten Fettsäuren, die in der Nahrungsmittelindustrie eingesetzt werden können, haben sich besonders eine hohe Lichtintensität, niedrige Temperaturen und die Bestrahlung mit weißem oder grünem Licht als geeignet erwiesen.