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Der Anbau von Kakao steht nicht selten in der Kritik – mit einem jährlichen Kakaokonsum von 3 Kilogramm und einem Schokoladenkonsum von 9 Kilogramm pro Kopf ist der Rohstoff jedoch nur schwer aus unserem Alltag wegzudenken. Es gilt, Anbau und Verwertung so nachhaltig und fair wie möglich zu gestalten.

Die ganzheitliche Verwertung der Kakaofrucht

Auf der nicaraguanischen Plantage wächst der Kakao im nachhaltigen Agroforstsystem: große Bäume verschiedener Arten werden zwischen dem Kakao gepflanzt, um Schatten zu spenden, vor Wind zu schützen und ein gesundes Plantagenklima zu erhalten. Knapp die Hälfte der Kakaofarm besteht außerdem aus Wald- und Feuchtgebieten, um die Artenvielfalt zu erhalten. Nach der Ernte werden die Kakaobohnen zu Schokolade verarbeitet und die Schale der Kakaofrucht kommt als Dünger auf der Kakaofarm zum Einsatz – nur das Fruchtfleisch der Kakaofrucht blieb bisweilen ungenutzt. Aus Kakaofruchtsaft, Teeaufguss aus getrocknetem Kakaofruchtfleisch, Wasser, Kohlensäure und etwas Zucker entstand jetzt ein natürliches Erfrischungsgetränk – vegan, ohne Aromen oder andere Zusatz- und Farbstoffe, und für die ganzheitliche Verwendung der Kakaofrucht.

Marktreife

CacaoVida ist internes Start-Up von Ritter Sport. Die Limonade ist daher im Ritter Sport Schokoshop oder im Online-Shop erhältlich. Mittlerweile ist auch ein Kakaofrucht Secco auf dem Markt.

In Berlin stehen die Infarm-Farmen bereits in einigen Supermärkten: Sie sehen aus wie gläserne Kühlschränke, sind jedoch moderne Mini-Gewächshäuser. Auf mehreren Etagen wachsen hier – gesteuert von Algorithmen – Kräuter oder Salate in einer speziellen Nährstofflösung, die jederzeit frisch geerntet, gleich vor Ort verkauft werden können. Mit dem modularen Vertical-Farming-System hat das Berliner Agrotech-Start-up die Landwirtschaft in die Stadt geholt. Mittlerweile ist das 2013 gegründete Unternehmen mit seinen In-Store-Farmen in 50 Städten und elf Ländern präsent, vor allem in Europa und Nordamerika.

Expansion in den Asien-Pazifik-Raum und den Nahen Osten

Nun hat das Urban-Farming-Unternehmen umgerechnet 177 Mio. Euro in einer Series-D-Finanzierungsrunde eingesammelt und kann weiter expandieren. Mit dem frischen Kapital will Infarm sein Netzwerk aus vertikalen Farmen in den USA, Kanada, Japan und Europa weiter ausbauen sowie neue Märkte im Asien-Pazifik-Raum und dem Nahen Osten erschließen. An dem Millionen-Investment sind sowohl bestehende als auch neue Investoren beteiligt. Darunter die Qatar Investment Authority (QIA), die die Expansion des Unternehmens in Länder des Nahen Ostens unterstützen wird, wie Infarm in einer Pressemitteilung verkündet.

Infarm baut in Katar Growing-Center

„Ein globales Netzwerk unserer klima-resilienten vertikalen Farmen aufzubauen ist eine zentrale Aufgabe bei Infarm“, so Erez Galonska, Mitbegründer und CEO von Infarm. „Diese strategische Investition wird unsere rasche globale Expansion sowie unsere Forschungs- und Entwicklungstätigkeit unterstützen, damit wir in Europa, Asien, Nordamerika und im Nahen Osten noch mehr Pflanzensorten nah am Verbraucher produzieren können.“

Nach den In-Store-Farmen hat das Berliner Start-up mit dem sogenannten Growing Center ein neues Flaggschiff etabliert. Sie bestehen aus mehreren Vertical-Farming-Modulen, die jeweils einer Anbaufläche von etwa 10.000 m² entsprechen sowie einem Distributionszentrum, das die schnelle Belieferung von Supermärkten gewährleistet. „Wir sehen die vertikale Landwirtschaft als eine Möglichkeit, die Ernährungssicherheit überall auf der Welt zu verbessern. Wir freuen uns auf die Zusammenarbeit mit Infarm beim Aufbau ihres ersten Growing Centers in Katar, das zur Ernährungssicherheit und zur wirtschaftlichen Diversifizierung von Katar beitragen wird”, so Mansoor bin Ebrahim Al-Mahmoud, CEO von QIA.

Bis 2030 gesamtes Obst-und Gemüsesortiment im Angebot

Aktuell betreibt Infarm mehr als 17 Growing Center und über 1.400 In-Store-Farmen für weltweit 30 Lebensmittelhändler. 75 verschiedene Kräuter-, Salat- und Blattgemüsesorten werden derzeit produziert. Doch schon im nächsten Jahr will das Berliner Start-up, das mit mehr als einer Milliarde US-Dollar bewertet wird, das Angebot um 40 Nutzpflanzen erweitern, darunter Pilze, Cherrytomaten, Erbsen und Erdbeeren. Bis 2030 plant Infarm, seine globale Marktpräsenz auf 100 Growing Center in 20 Ländern auszudehnen und dann das gesamte gängige Obst- und Gemüsesortiment im Angebot zu haben.

Der European Innovation Council (EIC) Accelerator hat in seiner jüngsten und bislang größten Finanzierungsrunde 627 Mio. Euro an 99 Start-ups und KMU ausgeschüttet. Auch zwölf deutsche Firmen profitieren – darunter BIOWEG, CO2BioClean und Genome Biologics. Die Mittel stammen aus dem Horizon-Europe-Programm.

Biobasierte Stoffe für Kosmetik, Gesundheit und Ernährung

BIOWEG wurde 2019 gegründet und verbindet Biotechnologie, Materialwissenschaften und molekulare Simulationen, um nachhaltige und biobasierte Stoffe für die Bereiche Kosmetik, Neutraceuticals und Lebensmittel/Getränke herzustellen. Aktuelle Produkte umfassen hochreine Mikrokügelchen auf Cellulosebasis, umwelt- und gesundheitsfreundliche Rheologie-Modifizierer sowie nachhaltige Hydrokolloide. 2,45 Mio. Euro Fördermittel und 10,1 Mio. Euro Kapitalbeteiligung stelle der EIC Accelerator dafür bereit, freute sich CEO Pratek Mahalwar.

Textilfasern aus Kohlendioxid

CO2BioClean verfolgt das Ziel, Kohlendioxid als Rohstoff für die Herstellung natürlicher Biopolymere zu verwenden. Mit einem patentierten Fermentationsverfahren erzeugt die Firma aus dem Treibhausgas vollständig biologisch abbaubare Textilfasern. Im Ergebnis wird aus 2,5 Tonnen CO₂ eine Tonne Polyhydroxyalkanoate (PHA) (Achtung: in einer früheren Artikel-Version hieß es inkorrekt, aus 2,5 Mio. Tonnen CO₂ würde eine Tonne PHA). Aber auch Polyhydroxybuttersäure (PHB) gehört zu den Produkten des jungen Unternehmens. Für das weitere Wachstum gibt es 2,2 Mio. Euro Fördermittel und eine Kapitalbeteiligung über 4,4 Mio. Euro vom EIC Accelerator.

Schneller Weg zu neuen Herzmedikamenten

Genome Biologics verfügt über eine disruptive Technologie zur Identifikation pharmazeutischer Wirkstoffe und über eine zugehörige präklinische Plattform für die weitere Entwicklung. Im Zentrum der Methode stehen Big-Data-Analysen mittels KI. Erstes Ziel ist es, diese Technologie einzusetzen, um Wirkstoffe im Bereich der Kardiologie zu entdecken und zu produzieren. Der EIC Accelerator investiert dazu 9,8 Mio. Euro in das Start-up an der Goethe-Universität in Frankfurt am Main.

Vorangegangen war der Auswahl der förderwürdigen Unternehmen eine rigorose Bewertung der Ideen durch externe Fachleute sowie Interviews mit den Beteiligten durch eine Jury aus erfahrenen Profis aus den Bereichen Investment und Unternehmertum. Pro geförderter Firma sind bis zu 2,5 Mio. Euro an direkten Mitteln sowie zwischen 0,5 und 15 Mio. Euro an Kapitalbeteiligung möglich. Seit März 2021 bewarben sich mehr als 4.000 Start-ups und KMU um die Förderung. Bislang haben 164 eine Zusage erhalten.

The European Innovation Council (EIC) Accelerator has distributed €627 million to 99 startups and SMEs in its latest and largest funding round to date. Twelve German companies were among the beneficiaries - including BIOWEG, CO2BioClean and Genome Biologics. The funds come from the Horizon Europe program.

Biobased substances for cosmetics, health and nutrition

Founded in 2019, BIOWEG combines biotechnology, materials science, and molecular simulations to produce sustainable and biobased materials for the cosmetics, neutraceuticals, and food/beverage sectors. Current products include high-purity cellulose-based microspheres, environmental and health-friendly rheology modifiers, and sustainable hydrocolloids. 2.45 million in funding and 10.1 million in equity investment is provided by the EIC Accelerator for this purpose, CEO Pratek Mahalwar was pleased to announce.

Textile fibers from carbon dioxide

CO2BioClean aims to use carbon dioxide as a raw material for the production of natural biopolymers. Using a patented fermentation process, the company produces fully biodegradable textile fibers from the greenhouse gas: turning 2.5 tons of CO2 into one ton of polyhydroxyalkanoates (PHA). (Note: In an earlier version of this article it said incorrectly 2.5 million tons of CO2 into one ton of PHA). Polyhydroxybutyric acid (PHB) is also one of the young company's products. For further growth, the EIC Accelerator is providing €2.2 million in funding and an equity investment of €4.4 million.

Fast track to new cardiac drugs

Genome Biologics has a disruptive technology for identifying pharmaceutical compounds and an associated preclinical platform for further development. At the heart of the method are Big Data analyses using AI. The initial goal is to use this technology to discover and produce active ingredients in the field of cardiology. To this end, the EIC Accelerator is investing 9.8 million euros in the start-up at Goethe University in Frankfurt am Main.

The selection of eligible companies was preceded by a rigorous evaluation of the ideas by external experts as well as interviews with the participants by a jury of experienced professionals from the fields of investment and entrepreneurship. Up to €2.5 million in direct funding and between €0.5 million and €15 million in equity investment is available per funded company. Since March 2021, more than 4,000 startups and SMEs have applied for the funding. So far, 164 have received a commitment.

Spätestens seit der Entdeckung der Großen Atlantischen Müllstrudels ist das Thema Plastikmüll wieder in der öffentlichen Debatte. Seitdem ist klar: Es genügt nicht, in der Herstellung von Kunststoffen Erdöl durch biobasierte Ressourcen zu ersetzen. Das schützt zwar das Klima, aber nicht die Natur. Dazu müssen die biobasierten Kunststoffe zugleich unter Umweltbedingungen biologisch abbaubar sein. Der einzige Kunststoff, der bislang in industrieller Dimension produziert wird und in diese Richtung geht, ist Polyactid (PLA). Doch auch er verrottet nur in industriellen Kompostieranlagen in vernünftiger Zeit. Die Suche nach neuen, besser geeigneten Kunststoffen geht daher weiter. Das Forschungsprojekt PHB2Market hat einen vielversprechenden Kandidaten auf seine Markttauglichkeit geprüft und optimiert.

Zwei PHB-Komposite entwickelt

PHB – mit vollem Namen Polyhydroxybutyrat – ist auf den ersten Blick kein überzeugender Kunststoff. Das Polymer ist zwar biobasiert und gut bioabbaubar. Außerdem verfügt es über eine sehr gute Wärmebeständigkeit von mehr als 100 Grad Celsius, was beispielsweise für Getränkebecher wichtig ist oder für Oberflächen, die längere Zeit der Sonne ausgesetzt sind. Doch PHB ist im unmodifizierten Zustand wenig schlagzäh – also relativ spröde – und verändert seine mechanischen Eigenschaften mit der Zeit. Mit rund 360.000 Euro gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) ist daher ein Team unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologie (ICT) angetreten, ein PHB-Komposit zu entwickeln, das die Schwächen von PHB behebt, ohne dessen Stärken zu verlieren. Das Vorhaben lief von Januar 2017 bis April 2020 und resultierte in zwei praxistauglichen Komposit-Formulierungen.

„Wir hatten im Projekt zwei wesentliche Ziele im Fokus“, erläutert Projektleiter Kevin Moser vom ICT: „Die Einbringung eigenentwickelter Weichmachersysteme zur Erhöhung der Schlagzähigkeit sowie die Optimierung der Langzeitstabilität.“ Andere industriell wichtige Eigenschaften wie Festigkeit und E-Modul übertreffen bei PHB bereits die von Polypropylen (PP). Erreichte das Forschungsteam also seine beiden Ziele, läge ein nachhaltiger allgemeinverwendbarer Kunststoff vor, der je nach Zielanwendung weiter individuell modifiziert werden kann – das war von Beginn an die Vision.

3D-Druck-Filamente und eine Frisbee

Erprobt werden sollte die Funktionalität des PHB-Komposits an zwei Praxisanwendungen: der Herstellung einer Frisbee-Scheibe und der von Filamenten für den 3D-Druck von Würfeln oder Zahnrädern. „Die Frisbee ist ein Spritzgießprodukt, muss ausreichend flexibel sein, nicht zu spröde und optisch ansprechend aussehen“, begründet Moser die Wahl.

Natürlich kennen Compoundeure die unterschiedlichen Additive, mit denen ein Kunststoff in seinen Eigenschaften beeinflusst werden kann. Doch die richtige Formulierung ist damit noch längst nicht gefunden: „Wenn Sie einen Weichmacher hinzufügen, um die Schlagzähigkeit zu erhöhen, beeinflusst dieser auch alle anderen Eigenschaften. Das muss man dann ausbalancieren und gegebenenfalls weitere Additive hinzufügen.“ In einen solchen Entwicklungsprozess flössen langjährige Erfahrung, aber eben auch jede Menge Versuche im Technikum mit ein.

At the latest since the discovery of the Great Atlantic Garbage Patch, the topic of plastic waste has been back in the public debate. Since then, it has become clear that it is not enough to replace petroleum with bio-based resources in the production of plastics: That may protect the climate, but not nature. For the latter, the bio-based plastics must also be biodegradable under environmental conditions. The only plastic produced on an industrial scale to date that is heading in this direction is polyactide (PLA). But even it only decomposes in industrial composting plants in a reasonable time.The search for new, more suitable plastics therefore continues, and the PHB2Market research project has tested and optimized a promising candidate for its marketability.

Two PHB composites developed

At first glance, polyhydroxybutyrate (PHB) is a potential candidate, but not a convincing one: the polymer is biobased and readily biodegradable. It also has very good heat resistance of more than 100 degrees Celsius, which is important for beverage cups, for example, or for surfaces that are exposed to the sun for long periods of time. However, PHB has low impact strength in its unmodified state - i.e., it is relatively brittle - and changes its mechanical properties over time. With around 360,000 euros in funding from the German Federal Ministry of Education and Research (BMBF), a team led by the Fraunhofer Institute for Chemical Technology (ICT) has therefore set out to develop a PHB composite that addresses PHB's weaknesses without losing its strengths. The project ran from January 2017 to April 2020 and resulted in two practical composite formulations.

"We focused on two main objectives in the project," explains project manager Kevin Moser from ICT: "The incorporation of in-house developed plasticizer systems to increase impact strength and the optimization of long-term stability." PHB already outperforms polypropylene (PP) in other industrially important properties such as strength and Young's modulus. So if the research team achieved its two goals, it would have a sustainable, generally usable plastic that can be further individually modified depending on the target application - so the vision.

3D printing filaments and a frisbee

The functionality of the PHB composite was to be tested on two practical applications: the production of a Frisbee disc and filaments for the 3D printing of cubes or gear wheels. "The Frisbee is an injection-molded product, must be sufficiently flexible, not too brittle and look visually appealing," says Moser, explaining the choice.

Of course, compounders know the different additives that can be used to influence the properties of a plastic. But this is still a long way from finding the right formulation: "If you add a plasticizer to increase impact strength, this also influences all the other properties. You then have to balance that out and add other additives if necessary." Such a development process involves many years of experience, but also a great deal of testing.

Es gibt ihn in rot, rosa, cremeweiß – und mittlerweile auch in Zimtfarben, leuchtendem Zitronengelb und sogar zweifarbig: den Weihnachtsstern. Die ursprünglich aus Mittelamerika stammende tropische Pflanze mit dem lateinischen Namen Euphorbia pulcherrima ist hierzulande die zweitbeliebteste Zierpflanze nach der Orchidee. Doch vor allem zur Weihnachtszeit hat sie Hochkonjunktur und ziert so manches Fensterbrett. Trotz breiter Farbpalette – der rote Weihnachtsstern gilt auch weiterhin als Favorit.

Jede Fünfte Zimmerpflanze ein Weihnachtsstern

Die Beliebtheit des Weihnachtssterns hat mittlerweile Gärtnereien und Pflanzenbetriebe in Deutschland motiviert, eigene Weihnachtssterne zu produzieren, wie Zahlen des Statistischen Bundesamtes für das Jahr 2021 belegen. Vor allem für Zimmerpflanzenproduzenten ist der Weihnachsstern ein wichtiges Standbein geworden. Von den in diesem Jahr produzierten 109,1 Millionen Zimmerpflanzen ist demnach fast jede Fünfte ein Weihnachtsstern. Bundesweit wurden in den Gartenbaubetrieben demnach insgesamt 20,4 Millionen in Pflanztöpfen aufgezogen. Das entspricht in etwa einem Anteil von 19%.

Die meisten Pflanzen kommen aus NRW

Die Hälfte der insgesamt 1.208 Gartenbaubetriebe produziert heute eigene Weihnachtssterne. In Nordrhein-Westfalen (NRW) ist die Zahl der Weihnachtsstern-Produzenten mit einem Anteil von 37% besonders hoch. 7,5 Millionen wurden in diesem Jahr hergestellt. Auf Platz 2 und 3 rangieren Niedersachsen mit einem Anteil von 31 % und 6,4 Millionen Pflanzen, und Bayern mit 12 % und 2,4 Millionen Weihnachtssternen.

Der Weihnachtsstern wird hierzulande ausschließlich in Gewächshäusern kultiviert. Damit die Pflanze, auch als Christ- oder Adventstern bekannt, pünktlich zur Saison im November in den Handel kommt, wird mit der Aufzucht bereits im Sommer begonnen. Bei richtiger Pflege ist der Weihnachtstern aber nicht nur im Winter eine Zier. Die Pflanzen lieben helle und warme Standorte und fühlen sich bei Temperaturen von 18 bis 20 Grad Celsius am wohlsten. Zugluft, Kälte und zu viel Nässe mag sie dagegen nicht.

It comes in red, pink, creamy white - and now also in cinnamon, bright lemon yellow and even bicolor: the poinsettia. Originally from Central America, the tropical plant with the Latin name Euphorbia pulcherrima is the second most popular ornamental plant in this country after the orchid. And despite a wide range of colors - the red poinsettia is still considered the favorite.

Every fifth houseplant a poinsettia

The popularity of the poinsettia has now motivated nurseries and plant companies in Germany to produce their own poinsettias, according to figures from the Federal Statistical Office for 2021. For indoor plant producers in particular, the poinsettia has become an important mainstay. Of the 109.1 million houseplants produced this year, almost one in five is a poinsettia, according to the figures. Nationwide, a total of 20.4 million were grown in plant pots in horticultural businesses. This corresponds to a share of 19%.

Most plants come from North Rhine-Westphalia

Half of the total of 1,208 horticultural businesses now produce their own poinsettias. In North Rhine-Westphalia (NRW), the number of poinsettia producers is particularly high, with a share of 37%. 7.5 million were produced this year. Lower Saxony ranks second and third with a share of 31% and 6.4 million plants, and Bavaria with 12% and 2.4 million poinsettias.

In Germany, the poinsettia is cultivated exclusively in greenhouses. To make sure that the plant, which is also known as the Christmas star or Advent star, is on sale in time for the November season, cultivation begins in the summer. However, with proper care, the poinsettia is an ornament not only in winter. The plants love bright and warm locations and feel most comfortable at temperatures of 18 to 20 degrees Celsius. In contrast, it does not like drafts, cold and too much moisture.

Das zweite Mal in Folge hat das Deutsche Institut für Lebensmitteltechnik e.V. – DIL zusammen mit der Kommunikationsberatung Engel & Zimmermann Unternehmen der Lebensmittelwirtschaft zu ihren Innovationsstrategien befragt. Im nunmehr 2. Deutschen Innovationsreport Food 2021 kommen die Autoren zu dem Ergebnis, dass die deutsche Lebensmittelwirtschaft mit innovativen Produkten und Prozessen „einen unverzichtbaren Beitrag leistet, um die Ernährung gesünder und nachhaltiger zu machen“. An der Umfrage nahmen insgesamt 111 deutsche Unternehmen teil, die Lebensmittel und Getränke herstellen, darunter erstmals auch Start-ups.

Der Umfrage zufolge haben in den vergangenen drei Jahren 83 % der Befragten in Produktinnovationen und 49 % in Prozessinnovationen investiert. 50 % der Unternehmen gaben an, nachhaltige beziehungsweise umweltfreundliche Verpackungen eingeführt zu haben, 30 % setzen dabei bereits ausschließlich auf nachhaltige Rohstoffe. Ein wesentlicher Treiber für Food-Innovationen sind die Erwartungen der Verbraucher.

Start-ups sind etwas aktiver und mutiger

Der Umweltnutzen der Verbraucher hat jedoch bei Start-ups einen höheren Stellenwert als bei etablierten Unternehmen: Von Start-ups eingeführte Innovationen ermöglichen in 43 % der Fälle das Recycling der Lebensmittelverpackung. Auch die Haltbarkeit der Produkte sowie die Abfallvermeidung und der gesundheitliche Nutzen stehen bei Jungunternehmen eher im Fokus. Zudem zeigt die Befragung, dass Start-ups bei der Entwicklung gesunder Produkte etwas aktiver als etablierte Unternehmen sind. „Viele Unternehmen kooperieren in der Entwicklung von Produktinnovationen und neuer technologischer Prozesse bereits mit Start-ups, Universitäten und anderen staatlichen Einrichtungen. Diese fruchtbare Zusammenarbeit sollte in Zukunft von politischer Seite zur Stärkung des Forschungsstandortes Deutschland forciert werden”, sagt Volker Heinz, CEO des DIL.

Gerade bei der Entwicklung neuer gesunder Lebensmittel kommt es auf Innovationen an. Doch was verbinden Unternehmen mit Innovationen? Der Studie zufolge tragen solche Neuerungen zu 90 % dazu bei, CO₂-Emissionen zu reduzieren, 84 % wollen Material- und Wasserverbrauch und 82 % den Energieverbrauch drosseln. Gründe, in nachhaltige, umweltbezogene Innovationen zu investieren, sind aber auch aktuelle oder künftige gesetzliche Vorgaben, steigende Energie- und Rohstoffkosten sowie eine Imageverbesserung der Unternehmen.

Immer mehr Unternehmen setzen Kimawandel auf die Agenda

Die Befragung zeigt auch, dass für Unternehmen das Thema Klimawandel immer häufiger in den Fokus der Innovationsstrategie rückt. Auch hier ist es der Wunsch der Verbraucher, der Unternehmen motiviert, das Thema auf die Agenda zu setzen. Mehr als ein Drittel der befragten Unternehmen haben der Studie zufolge bereits Lösungen entwickelt.

Uwe Fritsche ist Gründer und wissenschaftlicher Leiter des Internationalen Instituts für Nachhaltigskeitsanalysen und -strategien (IINAS) in Darmstadt. Im Jahr 2021 hat das IINAS im Auftrag des NABU eine Studie zum Thema Zukunftsfähige Bioökonomie vorgestellt. Fritsche plädiert zudem für eine BioWEconomy, in der Partizipation und Gemeinwohl, Ökologie und fairer Handel eine wichtige Rolle spielen.

Uwe Fritsche is founder and scientific director of the International Institute for Sustainability Analysis and Strategies (IINAS) in Darmstadt. In 2021, IINAS presented a study on the topic of a sustainable bioeconomy on behalf of the German Nature and Biodiversity Conservation Union (NABU). Fritsche also advocates a BioWEconomy in which participation and public welfare, ecology and fair trade play an important role.

Die Kombination von Reißfestigkeit, Dehnbarkeit und Leichtigkeit macht Spinnenseide zu einer der belastbarsten Fasern der Natur und damit enorm attraktiv für die Industrie. Der Firma AMSilk ist es vor Jahren gelungen, Spinnenseidenproteine biotechnologisch herzustellen und zu Fasern zu verarbeiten. Die Hightech-Fasern, die das Unternehmen als Biosteel bezeichnet, kommen dem natürlichen Vorbild sehr nah und werden bereits industriell vielseitig eingesetzt – darunter zur Herstellung des Obermaterials von Laufschuhen, Uhrarmbändern oder im Flugzeugbau.

Biosteel-Fasern für die Automobilbranche

Zu Beginn des neuen Jahres verkündet AMSilk nun erstmals eine Partnerschaft mit einem Automobilunternehmen: Demnach wird das bayerische Biotechnologie-Unternehmen künftig mit Mercedes-Benz im Rahmen seines neuesten Technologieprogramms, dem VISION EQXX, zusammenarbeiten. Im Fokus der Partnerschaft steht die Entwicklung neuartiger und nachhaltiger Autotürgriffe aus der Biosteel-Faser des Martinsrieder Unternehmens. „Wir sind sehr stolz darauf, Partner von Mercedes-Benz beim Technologieprogramm VISION EQXX zu sein und nachhaltige Lösungen für die Innenraumgestaltung aus unseren erstklassigen biobasierten Fasern anzubieten“, sagt Ulrich Scherbel, der Geschäftsführer von AMSilk. „Inmitten einer neuen Welle von ehrgeizigen Klimazusagen sind wir stolz darauf, eine führende Rolle bei der Bereitstellung von Lösungen für eine abfallfreie Zukunft zu spielen.“

Materialinnovationen feiern digitale Weltpremiere

Das von AMSilk entwickelte seidenähnliche Gewebe ist nicht nur hochfest, sondern auch zu 100 % biologisch abbaubar und recycelbar sowie als vegan zertifiziert. Anhand des sogenannten Konzeptfahrzeuges VISION EQXX wollen beide Unternehmen nun aufzeigen, welches Potenzial innovative Materialien wie die biotechnologisch hergestellten Spinnenseiden-Fasern für die Automobilindustrie bieten und damit den „Weg für ressourcenschonendes Luxusdesign im Einklang mit der Natur aufzeigen“. Einen ersten Einblick in die Materialinnovation des Luxusautos gaben die Partner bei der Online-Weltpremiere von VISION EQXX am 3. Januar.

Luxeriös, effizient und nachhaltig

In dem futuristischen, vollelektrischen Luxusfahrzeug von Mercedes-Benz kommen neben Biosteel-Textilien viele weitere nachhaltige Materialien im Innenraum zum Einsatz. So bestehen die Teppiche zu 100 % aus schnell nachwachsenden Bambusfasern, die Sitzpolster aus Kaktusleder und die Innenverkleidung aus Pilzleder sowie einem zu 100 % aus PET-Flaschen recycelten Textil. Darüber hinaus besteht das E-Mobil der Luxusklasse aus sogenannten HBQ-Material – einem thermoplastischen biobasierten Verbundwerkstoff, das aus Hausmüll hergestellt wurde.

Die Bäckerhefe ist die Mikrobe des Jahres 2022. Seit 2014 stellt die Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM) jährlich eine bedeutsame Gattung oder Art aus dem Bereich der Mikrobiologie heraus. Mit der diesjährigen Entscheidung für den eukaryotischen Einzeller Saccharomyces cerevisiae ist die Wahl auf einen der ältesten und bekanntesten Produktionsorganismen der Biotechnologie gefallen.

Bier, Brot und Biotechnologie

Genutzt wurde die Bäckerhefe schon zu Zeiten, als kein Mensch wusste, was Mikroorganismen sind. Der deutsche Name verweist auf die Bedeutung des Einzellers als Backtriebmittel, seine zweite traditionelle Bedeutung steckt im Fachnamen, der soviel bedeutet wie „Zuckerpilz des Bieres“: S. cerevisiae sorgt für die alkoholische Gärung. Heutzutage kommt eine dritte große Bedeutung hinzu: Als Einzeller mit Zellkern ist die Bäckerhefe weit enger mit menschlichen Zellen verwandt als zellkernlose Einzeller wie Bakterien. Das macht die Mikrobe des Jahres 2022 zu einem wichtigen Forschungsobjekt und Produktionsorganismus für bestimmte Proteine.

Die Funktion der Hefe als Backtriebmittel geht darauf zurück, dass die Zellen die im Teig enthaltenen Zucker für ihren Stoffwechsel nutzen und dabei das Gas Kohlendioxid produzieren. Das verteilt sich bläschenförmig im Teig und lässt diesen locker werden. Auch die Kohlensäure in Bier, Wein oder Sekt geht auf Hefestämme zurück.

Alkohol aus Zucker

Die alkoholische Gärung durch Hefen wurde erstmals im 19. Jahrhundert von Louis Pasteur beschrieben – obwohl die Menschen schon im alten Ägypten damit eine Art Bier herstellten, ohne damals die Zusammenhänge zu verstehen. Auch hier ernähren sich die Hefezellen von Zucker aus den pflanzlichen Zellen und bilden neben den Kohlendioxidbläschen auch Ethanol. Für die Hefe hat das den Vorteil, dass der Alkohol für so manche andere Mikroorganismen giftig ist und sie auf diese Weise Konkurrenten um den Zucker ausschalten.

Die Biotechnologie und die Zellbiologie haben inzwischen ein umfangreiches Wissen über S. cerevisiae angesammelt. Sie dient als Modellorganismus, um die Funktion eukaryotischer Zellen – also solcher mit Zellkern – zu untersuchen, und sie war der erste eukaryotische Organismus, dessen Genom vollständig sequenziert worden ist. Rund 6.300 Gene haben die Forschenden dabei identifiziert.

Insulin und Biokraftstoff

Das vorhandene Wissen wird beispielsweise dazu genutzt, der Hefe das Gen für das menschliche Insulin einzupflanzen und es so industriell herzustellen, um Menschen mit Diabetes zu helfen. Auch das mit dem Nobelpreis ausgezeichnete Malaria-Mittel Artemisinin wird in Hefe produziert. Am anderen Ende des Biotechnologie-Spektrums verdauen Hefen pflanzliche Reststoffe wie Xylose und wandeln diese in Ethanol um, das als Biokraftstoff oder Ausgangsstoff der chemischen Industrie genutzt wird.

Since 2014, the Association for General and Applied Microbiology (VAAM) has annually selected a significant organism from the field of microbiology. With this year's decision for the eukaryotic unicellular organism Saccharomyces cerevisiae, the choice has fallen on one of the oldest and best-known production organisms in biotechnology.

Beer, bread and biotechnology

Baker's yeast was already used in times when no one knew what microorganisms were. Its common name refers to the importance of the unicellular organism as a leavening agent for baking; a second traditional meaning is contained in the technical name, which means something like "sugar fungus of beer": S. cerevisiae ensures alcoholic fermentation. Nowadays, a third major significance is added: as a single-celled organism with a cell nucleus, baker's yeast is far more closely related to human cells than single-celled organisms without cell nuclei. This makes the Microbe of the Year 2022 an important research object and production organism for certain proteins.

Yeast functions as a leavening agent because the cells use the sugar contained in the dough for their metabolism, producing the gas carbon dioxide. This is distributed in the dough in the form of bubbles, which makes it foamy. The carbon dioxide in beer, wine and sparkling wine is also produced by yeast strains.

Alcohol from sugar

People in ancient Egypt were already producing a type of beer this way, however, without understanding the rationale behind it. Alcoholic fermentation by yeasts was then first described by Louis Pasteur in the 19th century. Here, too, the yeast cells feed on sugar from the plant cells and form ethanol and carbon dioxide bubbles. For the yeast, this has the advantage that the alcohol is toxic to many other microorganisms and in this way they eliminate competitors for the sugar.

Biotechnology and cell biology have now accumulated a vast body of knowledge about S. cerevisiae. It serves as a model organism to study the function of eukaryotic cells - i.e. those with a cell nucleus - and it was the first eukaryotic organism whose genome has been completely sequenced.

Insulin and biofuel

The existing knowledge is being used, for example, to implant the gene for human insulin in yeast and thus produce it industrially to help people with diabetes. The Nobel Prize-winning antimalarial drug artemisinin is also produced in yeast. At the other end of the biotechnology spectrum, yeasts digest plant residues such as xylose and convert them into ethanol, which is used as a biofuel or feedstock for the chemical industry.

Die Dosis macht das Gift – diese alte Redewendung beschreibt sehr gut, weshalb die Medizin seit langer Zeit auch teils tödliche Substanzen in der richtigen Dosierung als Heilmittel verwendet. Ähnliches gilt für Spinnengifte: Was für Insekten lähmend oder tödlich ist, kann richtig dosiert und angewendet für den Menschen großen Nutzen entfalten. Ein Forscherteam des Fraunhofer-Instituts für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME und der Justus-Liebig-Universität Gießen hat daher jetzt ergänzend zu den großen Giftspinnen der Tropen den Blick auf die Gifte kleiner Spinnen, die in Deutschland heimisch sind, gerichtet. Dabei fiel besonders die Wespenspinne auf.

„Spinnengifte sind eine weitgehend unerschlossene Ressource, dies liegt unter anderem an der schieren Vielfalt – etwa 50.000 Arten sind bekannt“, berichtet Tim Lüddecke vom IME. Im Spinnengift stecke viel Potenzial für die Medizin, etwa bei der Erforschung von Krankheitsmechanismen. Die Größe des Potenzials liegt dabei nicht nur in der Vielzahl der Spinnenarten begründet, sondern auch darin, dass deren Giftcocktail aus bis zu 3.000 unterschiedlichen Molekülen zusammengesetzt sein kann.

Pflanzenschädlinge mit Spinnengift bekämpfen

In der Medizin werden derzeit Substanzen aus Spinnengiften als Antibiotika oder Schmerzmittel erprobt. Besonders interessant ist das Gift der Australischen Trichternetzspinne, von dem sich Fachleute erhoffen, neuronale Schäden nach Schlaganfällen heilen zu können und Herzen für Organtransplantationen länger haltbar zu machen. Weil sich das Gift der Spinnen meist gegen Insekten richtet, setzt auch die biologische Schädlingsbekämpfung in der Landwirtschaft große Hoffnungen auf das noch recht junge Forschungsfeld.

Gift der Wespenspinne enthält Knottine

Kleine Spinnen, wie sie in Deutschland leben, standen lange nicht im Fokus der Forschung, weil ihre Giftmenge für Analysen zu klein ist. Das IME-Team hat dieses Problem gelöst, indem es das Erbgut in den Giftdrüsen analysiert und die darin kodierten Moleküle biotechnisch hergestellt hat. So entdeckten die Forschenden im Gift der Wespenspinne 53 unterschiedliche Biomoleküle, darunter einige für die Anwendung vielversprechende Stoffe.

Unter anderem fand das Team mehrere Knottine. Diese Verbindungen sind so stabil gegen chemische, enzymatische und thermische Einflüsse, dass darauf basierende Medikamente oral verabreicht werden könnten, weil sie ohne Schäden den Magen passieren würden. Gleichzeitig binden Knottine nur an sehr spezifische Strukturen von Zellen, was mögliche Nebenwirkungen minimiert. Nicht zuletzt wirken sie in sehr geringer Konzentration, weshalb potenzielle Medikamente bereits sehr niedrig dosiert ihre Wirkung entfalten könnten.

Die Mischung macht die Wirksamkeit

Eine zweite Molekülklasse, die sich im Gift der Wespenspinne fand, ähnelte sogenannten Neuropeptiden, jenen Substanzen, die Informationen zwischen Nervenzellen übermitteln. „Wir haben neuartige Familien von Neuropeptiden gefunden, die wir bislang von anderen Spinnen nicht kennen“, schildert Lüddecke. „Wir vermuten, dass die Wespenspinne damit das Nervensystem von Insekten angreift.“

Nicht zuletzt brachte die Forschung einige grundsätzliche Erkenntnisse über Spinnengifte ans Licht: „Die Dynamik des Spinnengifts wurde bislang völlig unterschätzt“, betont Lüddecke. Das biochemische Repertoire werde entscheidend vom Lebensabschnitt, Lebensraum und vor allem vom Geschlecht beeinflusst. „Es ist vielmehr das Zusammenwirken der vielen Bestandteile, das Spinnengift so wirksam macht, als die Wirkung eines einzelnen Toxins.“

Palmöl ist ein beliebter Rohstoff und in zahlreichen Produkten wie Schokolade, Chips oder Bio-Sprit enthalten. So begehrt das Öl der exotischen Frucht ist, so umstritten ist ihr Anbau. Etwa 19 Millionen Hektar Regenwald wurden dafür bereits weltweit gerodet. Damit werden nicht nur große Mengen des Treibhausgases CO₂ freigesetzt, sondern auch wichtige Lebensräume für die Tier- und Pflanzenwelt zerstört. Eine nachhaltige und zudem CO₂-neutrale Alternative will das Start-up COLIPI entwickeln. Das Gründerquartett Max Webers, Philipp Arbter, Jonas Heuer und Tyll Utesch vom Institute of Bioprocess and Biosystems Engineering der Technischen Universität Hamburg setzt bei der Öl-Herstellung auf Hefen und will damit die Kosmetik- und Lebensmittelindustrie revolutionieren.

Öl-Herstellung mithilfe von Hefen

Bei der Entwicklung der klimafreundlichen Palmölalternative wird das Hamburger Start-up bis April 2024 vom EXIST-Förderprogramm des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert. Das Geld will COLIPI nutzen, um seine Öl-Produktion vom Labormaßstab in die industrielle Produktion zu überführen. Im Fokus der Öl-Herstellung steht die Fermentation mithilfe von Hefen, die Zucker aus industriellen und landwirtschaftlichen Reststoffen wie Melasse oder andere Biomassen verwerten und dadurch ihren Stoffwechsel am Laufen halten. Ein Überangebot von Kohlenstoff sorgt für die Bildung von Lipiden, die anschließend isoliert werden und je nach Hefeart pflanzlichen Ölen sehr ähneln.

CO₂-neutraler Produktionsprozess

Auch für das dabei entstehende CO₂ hat das Start-up eine Verwendung gefunden. „Wir entwickeln eine weltweit einzigartige Technologie, die den gesamten Produktionsprozess CO₂-neutral macht. Die lassen wir uns gerade patentieren“, sagt Philipp Arbter. Nicht nur die Weiternutzung von CO₂, auch der Einsatz landwirtschaftlicher Reststoffe macht die COLIPI-Öle besonders nachhaltig. Ein weiterer Vorteil: Mit dem „grünen“ Öl können nicht nur Palmöl oder Kakaobutter nachempfunden, sondern auch ganz neue Öle entwickelt werden. „Die Vielfältigkeit der Öle spiegelt sich auch in ihrer Anwendung in Cremes, Seifen oder Schokoladen wider. Also überall dort, wo auch heute pflanzliche Öle genutzt werden”, so COLIPI-Projektleiter von COLIPI, Max Webers.

COLIPI-Öle für die Kosmetik- und Lebensmittelindustrie

Die Nachfrage nach der Öl-Alternative ist bereits heute groß: „Produkte, die auf CO₂-neutralen Ölen basieren, bringen Unternehmen der Kosmetik- und Lebensmittelindustrie einen klaren Marktvorteil, da möchte niemand zu spät auf den Zug aufspringen”, betont Max Webers. Erste Produkte mit dem Öl von COLIPI werden voraussichtlich in zwei Jahren auf dem Markt zu finden sein.