Nowe rozwiązania przyczyniają się do rozwoju sektora mikroglonów
Rozwój branży napędza komercjalizacja wartościowych związków chemicznych oraz powstawanie nowych rynków dzięki innowacyjnym rozwiązaniom opartym na nowych cząsteczkach oraz technikach biorafinacji. Pomimo postępu technologicznego oraz nowym odkryciom w dziedzinie biologii, opracowanie ekonomicznie opłacalnej i zrównoważonej metody hodowli dużych ilości biomasy z mikroglonów oraz przekształcania jej w produkty, które mają szansę odnieść sukces na rynku, pozostaje wyzwaniem. Zespół finansowanego przez Unię Europejską projektu ABACUS postanowił znaleźć rozwiązanie tego problemu, opracowując w związku z tym innowacyjne rozwiązania techniczne pozwalające na zwiększenie opłacalności sektora mikroglonów. „Inicjatywa koncentrowała się na metabolitach przeznaczonych na rynki o wysokiej wartości, obejmujących zarówno pozyskiwane z glonów terpeny na potrzeby kosmetyków, jak i długołańcuchowe terpenoidy (karotenoidy) na potrzeby nutraceutyków i kosmetyków”, wyjaśnia koordynator projektu do spraw naukowych Jean-François Sassi.
Optymalizacja produkcji
Partnerzy skupieni wokół projektu zbadali oraz sklasyfikowali przeszło 150 szczepów mikroglonów, spośród których większość należała do sześciu gatunków wykorzystywanych komercyjnie. Przeprowadzone analizy dotyczyły tempa rozwoju oraz wydajności wytwarzania pożądanych związków. Zespół zajął się również badaniem opłacalności oraz możliwości komercjalizacji terpenów i karotenoidów w sektorach wytwarzających kosmetyki, nutraceutyki i substancje zapachowe. Ponadto badacze opracowali cztery genetycznie stabilne sinice, nazywane również cyjanobakteriami, zdolne do procesu fotosyntezy i wytwarzania lekkich terpenów. Stabilność hodowli została potwierdzona w ramach badań trwających przeszło rok. „W ramach prac opracowaliśmy również rozwiązanie umożliwiające ciągłe zbieranie tych interesujących związków zapachowych”, wyjaśnia Sassi. Naukowcy hodowali wybrane szczepy mikroglonów w bioreaktorach na skalę pilotażową, prowadząc jednocześnie badania nad różnymi parametrami hodowli – oświetleniem, ciśnieniem tlenu i dwutlenku węgla oraz dostępnymi składnikami odżywczymi. Dzięki temu udało im się zoptymalizować produkcję terpenoidów poprzez opracowanie innowacyjnych czujników oraz strategii oświetlenia w oparciu o nieustanne monitorowanie hodowli oraz automatyczne sterowanie fotobioreaktorami, co przyczyniło się do obniżenia kosztów eksploatacji oraz utrzymania hodowli. Badacze projektu ABACUS zajęli się również badaniem etapów frakcjonowania w celu zapewnienia taniego i ekologicznego sposobu przetwarzania, aby w ten sposób kompleksowo obniżyć koszty eksploatacji całej linii produkcyjnej. Dzięki przeprowadzeniu oceny cyklu życia oraz analiz technicznych i ekonomicznych łańcucha wartości produkcji, badacze zapewnili zrównoważony charakter technologii oraz produktów, wspierając ich wdrożenie na rynku.
Większa wydajność
„Połączenie tych zróżnicowanych strategii zaowocowało znaczącym wzrostem wydajności produkcji – wyniósł przeszło 50 % w porównaniu z obecnie stosowanymi rozwiązaniami”, twierdzi Sassi. „Spośród pięciu badanych procesów cztery zostały przetestowane również w skali przemysłowej, dostarczając przeszło 200 kilogramów biomasy z glonów bogatszej w karotenoidy”. Badacze dokonali następnie wyodrębnienia związków docelowych oraz produktów ubocznych z biomasy, by po ich oczyszczeniu uzyskać związki o wysokiej wartości dodanej. Zaowocowało to uzyskaniem przeszło 20 % związków bioaktywnych, natomiast całkowita zawartość karotenoidów wynosiła 10-15 %. Po fizycznym i chemicznym oczyszczeniu uzyskanych produktów przy pomocy cieczy nadkrytycznych naukowcy przeprowadzili badania składników uzyskanych z mikroglonów pod kątem dopuszczalności technicznej oraz możliwości ich zastosowania przez podmioty z rynków docelowych, w tym producentów kosmetyków oraz nutraceutyków. „Dzięki rozwiązaniu problemów związanych z biologią oraz procesami, w ramach projektu ABACUS powstała nowatorska biorafineria mikroglonów – teraz zespół jest w stanie zapewnić dostawy konkurencyjnych i innowacyjnych produktów na rynki docelowe, a także na potrzeby nowych podmiotów”, podsumowuje Sassi. W ramach prac zespołu powstało również 28 oryginalnych publikacji opracowanych z myślą o środowiskach naukowych oraz przemyśle. Ponadto badacze zorganizowali dwudniowe międzynarodowe warsztaty, które odbyły się w 2019 roku. Podczas wydarzenia zostały przedstawione i omówione projekty finansowane przez UE, co pozwoliło na wzajemną promocję oraz realizację synergii pomiędzy poszczególnymi działaniami. Projekt ABACUS otrzymał finansowanie w ramach Wspólnego Przedsięwzięcia na rzecz Bioprzemysłu, które jest formą partnerstwa publiczno-prywatnego między UE a przemysłem.
Słowa kluczowe
ABACUS, mikroglony, biomasa, karotenoidy, terpeny, nutraceutyki, kosmetyki, bioreaktor, biorafineria
