Biological response of Chlorella vulgaris to pulsed electric field treatment for improvement of protein extraction

Damaris Krust, Peter Nick, Tilman Lamparter
2022
Angesichts des Klimawandels und einer stetig wachsenden Weltbevölkerung können Mikroalgen eine wichtige Rolle als nachhaltige Energie- und Nahrungsquelle der Zukunft spielen. Zur Extraktion wertvoller Inhalts- und Nährstoffe ist ein Zellaufschluss notwendig. Die Elektroimpulsbehandlung (EIB) bietet eine energieeffiziente und schonende Alternative im Vergleich zu mechanischen Zellaufschlussmethoden. Jedoch sind die biologischen Prozesse und zellulären Mechanismen hinter dem Zelltod nach EIB noch
more » ... wenig untersucht. Aus diesem Grund wurden die einzellige grüne Mikroalge Chlorella vulgaris und das Cyanobakterium Spirulina als Modellorganismen verwendet, um die Wirkung von EIB auf biologische Zellen zu untersuchen. Dafür wurde eine Methode zur Überwachung der Viabilität nach EIB unter Verwendung von Fluoresceindiacetat (FDA) in C. vulgaris etabliert. Im Anschluss wurden die experimentellen EIB-Parameter so eingestellt, dass ein fixes Verhältnis von Zellen nach der Behandlung abstirbt, während der andere Teil überlebt. Mit diesen Werkzeugen war eine quantitative Analyse des Zelltodes nach EIB möglich. Basierend auf den Analyseergebnissen wurde die EIB-Extraktion von Proteinen und dem wertvollen blauen Farbstoff Phycocyanin aus Spirulina unter verschiedenen post-EIB Inkubationsbedingungen untersucht. Zur Optimierung der Elektroextraktionseffizienz in Spirulina wurden die Einflüsse des pH des externen Mediums, der Biomassekonzentration, der Zellaggregation sowie der Energiereduktion untersucht. Das optimierte Elektroextraktionsprotokoll mit höherer Biomassekonzentration und geringerer Behandlungsenergie erfordert eine post-EIB-Inkubation unter kontrollierten Bedingungen (Raumtemperatur, pH 6 oder 8, homogene Suspension), die für die Freisetzung und Stabilität von Phycocyanin entscheidend sind. Mit diesem Wissen besteht eine mögliche biotechnologische Anwendung darin, schonende EIB mit niedrigstem Energieeintrag durchzuführen, was zu einer effizienten Protein- und Phycocyanin-Gewinnung führt. An C. vulgaris konnte gezeigt [...]
doi:10.5445/ir/1000146370 fatcat:25k5tbsl4ncq5oyhwxla2k3poi