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Die Bioproduktion steht vor neuen Herausforderungen, ausgelöst durch weltweite Störungen wie Lieferkettenprobleme und Gesundheitskrisen ausgelöst werden. Angesichts dieser Anfälligkeit traditioneller Produktionssysteme gewinnen biotechnologische Ansätze an Bedeutung, da sie nachhaltige und resiliente Alternativen bieten. Ihre industrielle Skalierung jedoch bleibt kostspielig und langsam.

Hier möchte Differential Bio ansetzen. In einer frühen Finanzierungsrunde diverser Investoren, angeführt von Ananda Impact Ventures und ReGen Ventures, konnte das KI-Biotech-Start-up nun 2 Mio. Euro akquirieren. Damit soll eine virtuelle Skalierungsplattform weiterentwickelt werden, die modernste Mikrobiologie, Laborautomatisierung und künstliche Intelligenz integriert, um Bioprozesse zu optimieren und zu skalieren.

Neue Wege in der Bioprozess-Optimierung

„Derzeit dauert die Entwicklung neuer Bioprodukte im Durchschnitt 5 bis 10 Jahre und kostet zwischen 100 und 500 Millionen US-Dollar“, erklärt Christian Spier, CEO von Differential Bio. „Doch wir sind hier, um das zu ändern – indem wir Bioproduzenten mit hochmodernen Tools ausstatten, die Entwicklungszeiten und -kosten drastisch senken und biobasierte Produkte schneller als je zuvor auf den Markt bringen.“

Die Plattform soll helfen, Fermentationsprozesse durch moderne mikrobiologische Techniken zu miniaturisieren. Hierfür werden Mikrobenstämme und Wachstumsbedingungen optimiert, um letztlich Prozesse in kleinerem Maßstab und somit schneller und kostengünstiger ablaufen lassen zu können. Dabei möchte das Unternehmen auch Robotik einsetzen, um Laborabläufe weitgehend zu automatisieren. Das soll die Erzeugung qualitativ hochwertiger und konsistenter Daten ermöglichen. Mithilfe von KI-Algorithmen können diese Daten analysiert und Bioprozesse virtuell simuliert und optimiert werden. Kritische Faktoren wie die Wachstumsraten und Lebensfähigkeit von Zellen sowie die Metabolitenproduktion werden präzise überwacht. So soll die Plattform schnellere Optimierungszyklen ermöglichen und Prozesse effizienter gestalten.

Transformation der Bioproduktion

Differential Bio möchte die Bioproduktion grundlegend transformieren. Ziel ist es, Bioprozesse damit so effizient und zugänglich zu machen wie moderne Softwareentwicklung. Die Investoren zeigten sich beeindruckt von dieser Unternehmensvision. „Wir sind überzeugt, dass ihre Technologie die Bioproduktion neu definieren wird, indem sie die Skalierung biobasierter Prozesse beschleunigt und so den Übergang zu einer nachhaltigen, grünen und kreislauforientierten Wirtschaft vorantreibt“, so Bernd Klosterkemper von Ananda Impact Ventures. Tom McQuillen, Partner bei ReGen Ventures ergänzte: „Durch den Einsatz von Machine Learning auf umfangreichen phänotypischen und biotechnologischen Daten hat Differential das Potenzial, die Branche grundlegend zu verändern, indem es die Kosten und die Zeit bis zur Kommerzialisierung drastisch senkt.“

chk

In Kläranlagen werden jährlich Billionen Liter Abwasser aufbereitet. Was aus Privathaushalt, Gewerbe und Industrie im Abfluss landet, wird in drei aufwendigen Reinigungsstufen im Klärwerk behandelt. Aktuell sind die Anlagen jedoch noch nicht in der Lage, alle Schadstoffe zu 100 % zu entfernen. So landen noch immer Ewigkeitschemikalen, Mikroplastik und Medikamente in den Gewässern und damit in der Natur. Am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Straubing haben Forschende an einer Lösung gearbeitet.

Im Projekt MycoSorb entwickelte ein Team um Steffen Roth einen biobasierten Filter, der Medikamente aus dem Abwasser entfernt. Das Vorhaben wurde von Oktober 2023 bis September 2024 vom Bundesforschungsministerium im Rahmen des Ideenwettbewerbs „Neue Produkte für die Bioökonomie“ mit rund 65.000 Euro gefördert. Im Fokus der einjährigen Sondierungsphase stand die Herstellung pilzbasierter Adsorbermaterialien, die bestimmte Medikamentenwirkstoffe filtern.

„Medikamentenwirkstoffe bestehen aus einer breiten Palette von Molekülen, die ganz verschieden aufgebaut sind und daher mit den gängigen Methoden nicht vollständig herauszubekommen sind“, erläutert Projektleiter Roth. „Unser Ansatz war daher die vierte Reinigungsstufe, die für Kläranlagen innerhalb der EU aktuell debattiert wird. Dafür wollten wir einen Filter entwickeln, der die Stoffe entfernt.“ Im Projekt hat sich das Team auf drei Substanzen konzentriert: Metformin – ein Wirkstoff gegen Diabetes Typ 2, der sehr häufig im Abwasser enthalten ist, das Schmerzmittel Diclofenac sowie das Antiepileptikum Carbamazepin.

Pilzstämme mit hydrophoben Oberflächen ausgewählt

Durch die Auswahl der Pilze sowie bestimmter Zusatzstoffe – sogenannte Additive – sollte der Mycosorb-Filter so funktionalisiert werden, dass er entsprechend den jeweiligen Bedürfnissen in den Klärwerken angepasst werden kann. Zunächst mussten die Forschenden jedoch geeignete Pilzstämme finden. In Zusammenarbeit mit dem Pilzexperten Matthias Gube von der Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst Hildesheim/Holzminden/Göttingen fiel die Wahl auf das Gemeine Stockschwämmchen und den Grünblättrigen Schwefelkopf. „Entscheidend für die Auswahl der Pilze war unter anderem, ob sie hydrophobe Oberflächen haben, wo sich die Wirkstoffe anlagern können“, erläutert Roth.

Doch der pilzbasierte Filter sollte nicht nur aus biologisch abbaubaren und kostengünstigen Materialien bestehen, sondern Roth zufolge auch „eine hohe Stabilität erreichen, damit er sich nicht von selbst auflöst“. Mehr Stabilität und ein verbessertes Myzelwachstum konnten beispielsweise durch die Mischung verschiedener Substrate erzielt werden. Hier zeigten Kombinationen von Rapssamenschalen oder Hanfschäben mit Weizenkleie die besten Ergebnisse.

Every year, trillions of liters of wastewater are treated in sewage treatment plants. What flows out of households, businesses, and industry is processed in three elaborate purification stages. However, current treatment facilities are still unable to remove 100% of all pollutants. As a result, persistent chemicals, microplastics, and pharmaceuticals continue to find their way into bodies of water – and therefore into nature. Researchers at the Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology IGB in Straubing have been working on a solution.

As part of the MycoSorb project, a team led by Steffen Roth developed a bio-based filter designed to remove pharmaceuticals from wastewater. The initiative was funded with approximately €65,000 by the German Federal Ministry of Education and Research from October 2023 to September 2024 under the innovation competition “New Products for the Bioeconomy.” During the one-year exploratory phase, the focus was on producing mushroom-based adsorbent materials capable of filtering out specific pharmaceutical compounds.

“Pharmaceutical compounds consist of a wide range of molecules with very different structures, making them difficult to remove completely using conventional methods,” describes project lead Roth. “Our approach was to address the so-called ‘fourth purification stage,’ which is currently being debated for wastewater treatment plants across the EU. We aimed to develop a filter that could remove these substances.”
The team concentrated on three substances: Metformin, a widely found antidiabetic drug for type 2 diabetes; the painkiller Diclofenac; and the antiepileptic Carbamazepine.
 

Selecting fungal strains with hydrophobic surfaces

The MycoSorb filter was designed to be functionalized through a combination of mushroom strains and specific additives, allowing it to be adapted to the needs of various treatment plants. First, researchers needed to identify suitable fungi. In collaboration with mycology expert Matthias Gube from the University of Applied Sciences and Arts Hildesheim/Holzminden/Göttingen, they selected the sheathed woodtuft and the sulphur tuft. “A key selection criterion was whether the mushrooms had hydrophobic surfaces to which the pharmaceutical compounds could adhere,” Roth explains.

But the mushroom-based filter wasn’t just intended to be biodegradable and low-cost – it also had to be stable. According to Roth, it needed “to achieve high structural stability so it doesn’t break down on its own.” Greater stability and improved mycelial growth were achieved, for instance, by combining different substrates. Mixtures of rapeseed husks or hemp shives with wheat bran yielded the best results.

Das feine Geflecht von Pilzfäden, das sogenannte Pilzmyzel, ist für das bloße Auge kaum erkennbar, da es in der Natur unterirdisch wächst. Doch das Potenzial dieser im Verborgenen lebenden Pilzfäden – vor allem für die Bioökonomie – treibt die Forschung an neuen biobasierten Materialien voran. Vor allem als Alternative zu Baustoffen wie Beton oder Stahl gelten pilzbasierte Werkstoffe als vielversprechend. Davon können sich derzeit auch Besucher der Neuköllner Oper in Berlin überzeugen.

Podiumsgespräch vor Pilzmyzel-Kulisse

Für das Musiktheaterstück „Gegengift“ hat ein Team um die Berliner Biotechnologin Vera Meyer ein Bühnenbild entwickelt, das zum Großteil aus pilzbasiertem Material besteht. Dieses nachhaltige Bühnenbild wird am 11. April 2025 nun auch zur Kulisse für eine Podiumsdiskussion mit der Berliner Pilzexpertin über das Thema nachhaltige Baumaterialien. Unter dem Titel „What the Fungus“ findet in der Neuköllner Oper im Anschluss an die Vorstellung des Musiktheaterstücks „Gegengift“ ein Gespräch mit der Mikrobiologin statt.

Mit pilzbasierten Materialien zum nachhaltigen Kunstbetrieb

Ein Jahr hat das Team daran gearbeitet, herkömmliche Bühnenmaterialien durch biologisch abbaubare Alternativen zu ersetzen und so den ökologischen Fußabdruck von Theaterproduktionen zu reduzieren. „Pilzmyzel eignet sich ideal als Baustoff: Bei seiner Herstellung kann CO₂ gespeichert werden. Es ist wiederverwendbar, kann aber auch biologisch abgebaut werden. Damit liefern myzelbildende Pilze eine vielversprechende Lösung für einen nachhaltigen Kunstbetrieb“, erklärt Vera Meyer. Sie ist überzeugt, dass Pilzmaterialien nicht nur der Bauindustrie neue Möglichkeiten bieten, sondern auch „soziale Perspektiven eröffnen“. Die Forscherin macht sich daher für eine engere Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Kunst stark.

Das nachhaltige Bühnenbild wurde von Studierenden und Forschenden der Technischen Universität (TU) Berlin und der Universität der Künste mit dem künstlerischen Team des Theaters entwickelt. Hergestellt wurde der experimentelle Baustoff in den Laboren der TU Berlin.

Noch bis zum 11. Mai 2025 ist die Theaterkulisse aus Pilzmyzel in der Neuköllner Oper in Berlin im Rahmen der Vorstellung des Stücks „Gegengift“ zu sehen. Für die Teilnahme an der Podiumsdiskussion mit Vera Meyer am 11. April ist der Kauf eines Theatertickets erforderlich. 

bb

Ob im Spielzeug, in Kosmetika, in Reinigungs- oder Düngemitteln: Mikroplastik ist in zahlreichen Produkten enthalten. Diese mikrometerkleinen Partikel sind mittlerweile nicht nur in Gewässern, sondern auch im Boden präsent, wo sie Pflanzen und Tiere und damit Ökosystemen zum Verhängnis werden. Im Rahmen der Förderinitiative „Zirkularität mit recycelten und biogenen Rohstoffen“ unterstützt die VolkswagenStiftung nun erneut Innovationen für eine umweltfreundliche und kreislauforientierte Wirtschaft. Dafür wurden neun praxisrelevante Forschungsansätze ausgewählt, die geschlossene Rohstoff-Produkt-Kreisläufe anstreben und mit insgesamt 11,6 Mio. Euro gefördert werden – darunter drei Vorhaben zur Bioökonomie. Die Projekte werden über einen Zeitraum von vier Jahren jeweils mit bis zu 1,4 Mio. Euro unterstützt.

Ur-Mikroben als Biofabrik etablieren

Zu den ausgewählten Bioökonomie-Vorhaben zählt unter anderem das Projekt HotCircularity. Hier wollen Forschende unter Leitung der Universität Duisburg-Essen das Mikroplastik in der Beschichtung von Düngemitteln durch biologisch abbaubare fettartige Stoffe – sogenannte Lipide – ersetzen.  Um diese Lipide zu produzieren, sollen thermophile Archaeen zum Einsatz kommen. Diese uralten Mikroorganismen können auf Abfallprodukten wie Rohglycerin – einem Nebenprodukt bei der Biodiesel-Produktion – wachsen. Im Rahmen ihres Projekts wollen die Forschenden die Mikroorganismen sowie deren Wachstumsbedingungen so optimieren, dass am Ende eine kostengünstige und effiziente „Biofabrik“ entsteht, die biologisch abbaubare Lipide produziert, Abfälle verwertet und Mikroplastik in der Umwelt reduziert. Die Arbeit der Forschungsgruppe wird mit 1,4 Mio. Euro gefördert. 

Produktion von Myzelmaterial und pilzbasierten Baustoffen

1,3 Mio. Euro vergibt die VolkswagenStiftung an das Vorhaben MyPro. Darin wird ein Team unter Federführung des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP eine Plattform zur nachhaltigen Produktion von Myzelmaterial unter Verwendung gentechnisch veränderter filamentöser Pilze entwickeln. 

Der Einsatz von Pilzmyzel steht auch im Fokus des Projektes Admiration und wird mit 1,1 Mio. Euro gefördert. Darin wollen Forschende unter Leitung der Universität Stuttgart biologisch abbaubare Verbundwerkstoffe auf Myzeliumbasis für die Baubranche entwickeln. „Neu an unserem Ansatz sind Methoden der synthetischen Biologie und kombinatorischen Prozessierung, die Materialeigenschaften von Myzel-basierten Materialien so verändern, dass sie die Anforderungen für verschiedene Baustoffklassen erfüllen, die bisher noch nicht erreichbar sind“, schreiben die Forschenden. 

Die Volkswagenstiftung ist eine eigenständige, gemeinnützige Stiftung privaten Rechts. Mit einem Fördervolumen von insgesamt 150 Mio. Euro pro Jahr ist sie eigenen Angaben nach die größte private wissenschaftsfördernde Stiftung in Deutschland.

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Whether in toys, cosmetics, cleaning products or fertilizers: Microplastics are contained in numerous products. These micrometer-sized particles are now not only present in bodies of water, but also in the soil, where they are harmful to plants and animals and thus to ecosystems. As part of the “Circularity with recycled and biogenic raw materials” funding initiative, the Volkswagen Foundation is once again supporting innovations for an environmentally friendly and circular economy. To this end, nine practice-oriented research approaches have been selected that aim to achieve closed raw material-product cycles and are being funded with a total of 11.6 million euros - including three projects related to the bioeconomy. The projects will be supported with up to 1.4 million euros each over a period of four years.

Establishing primordial microbes as a biofactory

The selected bioeconomy projects include the HotCircularity project. Here, researchers led by the University of Duisburg-Essen want to replace microplastics in the coating of fertilizers with biodegradable fat-like substances known as lipids.  Thermophilic archaea are to be used to produce these lipids. These ancient microorganisms can grow on waste products such as crude glycerine - a by-product of biodiesel production. As part of their project, the researchers want to optimize the microorganisms and their growth conditions to ultimately create a cost-effective and efficient “biofactory” that produces biodegradable lipids, recycles waste and reduces microplastics in the environment. The research group's work is being funded with 1.4 million euros.

Production of mycelium material and mushroom-based building materials

The Volkswagen Foundation is awarding 1.3 million euros to the MyPro project. A team led by the Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP will develop a platform for the sustainable production of mycelium material using genetically modified filamentous fungi.

The use of fungal mycelium is also the focus of the Admiration project, which is being funded with 1.1 million euros. In this project, researchers led by the University of Stuttgart want to develop biodegradable mycelium-based composite materials for the construction industry. “What is new about our approach are methods of synthetic biology and combinatorial processing that change the material properties of mycelium-based materials in such a way that they meet the requirements for various building material classes that have not yet been achievable,” write the researchers.

The Volkswagen Foundation is an independent, non-profit foundation under private law. With a total funding volume of 150 million euros per year, it claims to be the largest private science-promoting foundation in Germany.

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In vielen Teilen der Welt ernähren sich Menschen bereits von Insekten. Sie stecken voller hochwertiger Proteine und sind leicht und ressourcenschonend in großen Mengen zu züchten, da sie sich von organischen Abfällen ernähren. Damit können Insekten einen wichtigen Beitrag zur Welternährung leisten und gleichzeitig Ressourcen und Umwelt schonen. Trotz ihres enormen Potenzials ist die Insektenzucht noch immer mit hohen Prozesskosten und einem gleichfalls hohen Ressourcenverbrauch verbunden.

Insektenzucht-Technologie wird ausgebaut

Mit InsectAI haben Forschende vom Center für Digital GreenTech am August-Wilhelm Scheer Institut eine digitale Lösung für eine automatisierte und nachhaltige Insektenzucht parat. Die Methode kombiniert modernste Bilderkennung, Künstliche Intelligenz und digitale Plattformtechnologien, um Insektenzuchtprozesse effizienter, ressourcenschonender und nachvollziehbarer zu gestalten.

Nun wollen die Forschenden die Technologieplattform gezielt erweitern, verbessern und für den Praxiseinsatz skalieren. „Wir entwickeln InsectAI konsequent weiter – mit Fokus auf Automatisierung, Datenqualität und Integration in digitale Ökosysteme“, erklärt Ellen Goel, Leiterin des Centers für Digital GreenTech.

Mit KI-basierten Algorithmen Insektenlarven präzise erfassen

Ein Unsicherheitsfaktor bei der Insektenzucht ist, dass die Anzahl der Insektenlarven pro Ei sehr verschieden ist und damit auch zu Ungenauigkeiten bei der Berechnung des Futterbedarfs führt. Ziel der Forschenden ist es daher, die Larven direkt nach dem Schlüpfen automatisch zu erkennen und zu zählen, um eine optimierte Weiterverarbeitung und Nutzung zu gewährleisten und den Ressourcenverbrauch zu reduzieren. Für eine präzise Larvenerfassung nutzt InsektAI KI-basierte Algorithmen.

Den Forschenden zufolge basiert die Technologie auf einem modularen Modell, das aus drei zentralen Komponenten besteht, welche einzeln oder in Kombination genutzt werden können: die automatisierte Larvenzählung, das Echtzeitmonitoring der Insektenpopulationen und die akustische Analyse zur Verhaltensüberwachung der Insektenpopulationen. „So schafft InsectAI eine vernetzte, datengetriebene Grundlage für eine zukunftsfähige Insektenproduktion und stärkt die Kreislaufwirtschaft“, schreibt das Projektteam.

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In many parts of the world, people already eat insects. They are full of high-quality proteins and are easy to breed in large quantities while conserving resources, as they feed on organic waste. Insects can therefore make an important contribution to feeding the world and at the same time protect resources and the environment. Despite its enormous potential, insect farming is still associated with high process costs and an equally high consumption of resources.

Insect breeding technology is being expanded

With InsectAI, researchers from the Center for Digital GreenTech at the August-Wilhelm Scheer Institute have developed a digital solution for automated and sustainable insect breeding. The method combines state-of-the-art image recognition, artificial intelligence and digital platform technologies to make insect breeding processes more efficient, resource-saving and traceable.

The researchers now want to expand and improve the technology platform in a targeted manner and scale it up for practical use. “We are consistently developing InsectAI further - with a focus on automation, data quality and integration into digital ecosystems,” explains Ellen Goel, Head of the Center for Digital GreenTech.

Using AI-based algorithms to precisely record insect larvae

One uncertainty factor in insect breeding is that the number of insect larvae per egg varies greatly, leading to inaccuracies when calculating feed requirements. The researchers therefore aim to automatically detect and count the larvae immediately after hatching in order to ensure optimized further processing and use as well as to reduce the consumption of resources. InsektAI uses AI-based algorithms for precise larval detection.

According to the researchers, the technology is based on a modular model consisting of three central components that can be used individually or in combination: automated larval counting, real-time monitoring of insect populations and acoustic analysis for behavioral monitoring of insect populations. “In this way, InsectAI creates a networked, data-driven basis for sustainable insect production and strengthens the circular economy,” writes the project team.

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Nach der Definition der Bundesregierung umfasst die Bioökonomie die Erzeugung, Erschließung und Nutzung biologischer Ressourcen, Prozesse und Systeme, mit dem Ziel, Produkte, Verfahren und Dienstleistungen in sämtlichen wirtschaftlichen Sektoren bereitzustellen und damit einen Beitrag zu einem nachhaltigen Wirtschaftssystem zu leisten. Der Übergang zu einer biobasierten Wirtschaft erfordert einen tiefgreifenden gesellschaftlichen Wandel, der sowohl wirtschaftliche als auch soziale und ökologische Dimensionen umfasst. Entsprechend breit aufgestellt ist die Forschungslandschaft. Das Spektrum erstreckt sich in den naturwissenschaftlichen Bereichen von den Agrarwissenschaften bis zur Chemie, von der  Biodiversitätsforschung bis zu den Ernährungswissenschaften, über die Biotechnologie, Materialwissenschaften bis hin zu Umwelt- und Energietechnologien. Aber auch in den geisteswissenschaftlichen Disziplinen wie den Sozial-, Wirtschafts-, Politik- und Rechtswissenschaften gibt es relevante Forschungsaktivitäten.

The bioeconomy is a complex interdisciplinary subject with economic, social and ecological dimensions. Accordingly, research in this country is diversified. In the natural sciences, academic disciplines range from agricultural science, biotechnology, materials science and environmental technology to nutritional science. There are also research activities in the humanities such as the social sciences, economics, politics and law that are relevant to the bioeconomy.

Über 30.000 Quadratmeter kann die Rumpffläche von großen Containerschiffen betragen, auf der sich eine Vielzahl von Organismen wie Algen, Muscheln und Seepocken festsetzen. Dies erhöht einerseits den Strömungswiderstand und somit den Treibstoffverbrauch, andererseits werden so auch empfindliche marine Ökosysteme durch eingeschleppte Arten gefährdet.

Nachhaltige Antifouling-Beschichtungen

Das Projekt BioSHIP entwickelt nachhaltige Antifouling-Beschichtungen, die Bewuchs und Biofilmbildung wirksam bekämpfen. Die biologisch abbaubaren Beschichtungen sollen herkömmliche Produkte ersetzen und auf toxische Schwermetalle oder Mikroplastik weitestgehend verzichten. 

Um das Problem des Biofoulings zu verringern, werden bislang meist biozidhaltige Beschichtungen mit problematischen Schwermetallsalzen eingesetzt, die in Gewässer und Sedimente gelangen. Die im Projekt entwickelten selbstpolierenden Lackkomponenten sollen vor Bewuchs schützen, gleichzeitig aber langlebig und umweltverträglich sein. Dies wird durch den Einsatz spezieller Verbindungen erreicht, die sich bei Kontakt mit Wasser aufspalten und dadurch stets eine glatte Oberfläche schaffen. Die im Projekt eingesetzten biobasierten Polymere wie Polylactid (PLA) und Chitosan-Derivate werden ohne schädliche Rückstände abgebaut. Durch funktionalisierte Zusätze lässt sich die Haltbarkeit weiter optimieren.

Nach der Entwicklungsphase sollen die Beschichtungen unter realen marinen Bedingungen getestet werden. Die Ergebnisse von BioSHIP könnten nicht nur einen Beitrag zu einer nachhaltigeren Schifffahrt leisten, sondern auch Impulse für andere Branchen setzen.

Interdisziplinäre Zusammenarbeit für innovative Beschichtungen

Verschiedene Disziplinen arbeiten in dem Projekt zusammen. An der Materialentwicklung sind das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) in Bremen sowie die Unternehmen Hydrotox GmbH und Dr. Brill + Partner GmbH beteiligt. Die Projektpartner führen zudem ökotoxikologische Studien durch, um die Umweltverträglichkeit der Produkte sicherzustellen. Koordiniert wird BioSHIP von der Leverkusener Momentive Performance Materials GmbH.

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) fördert das Projekt  von August 2024 bis Januar 2028 mit 1,6 Mio. Euro.

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The hull area of large container ships can be over 30,000 square meters, on which a variety of organisms such as algae, mussels and barnacles settle. On the one hand, this increases the flow resistance and therefore fuel consumption, and on the other hand, sensitive marine ecosystems are endangered by introduced species.

Sustainable antifouling coatings

The BioSHIP project is developing sustainable antifouling coatings that effectively control fouling and biofilm formation. The biodegradable coatings are intended to replace conventional products and largely dispense with toxic heavy metals or microplastics. 

In order to reduce the problem of biofouling, biocide-containing coatings with problematic heavy metal salts that end up in bodies of water and sediments have mostly been used to date. The self-polishing coating components developed in the project are designed to protect against fouling, while at the same time being durable and environmentally friendly. This is achieved by using special compounds that break down on contact with water and thus always create a smooth surface. The bio-based polymers used in the project, such as polylactide (PLA) and chitosan derivatives, degrade without leaving any harmful residues. The durability can be further optimized with functionalized additives.

After the development phase, the coatings will be tested under real marine conditions. The results of BioSHIP could not only contribute to more sustainable shipping, but also provide impetus for other industries.

Interdisciplinary cooperation for innovative coatings

Various disciplines are working together on the project. The Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials (IFAM) in Bremen and the companies Hydrotox GmbH and Dr. Brill + Partner GmbH are involved in material development. The project partners are also conducting ecotoxicological studies to ensure the environmental compatibility of the products. BioSHIP is coordinated by Momentive Performance Materials GmbH in Leverkusen.

The Federal Ministry for Economic Affairs and Climate Protection (BMWK) is funding the project with EUR 1.6 million from August 2024 to January 2028.

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Hafer ist eine der ältesten Kulturpflanzen und wird vor allem wegen seiner Kohlenhydrate im Korn als Nahrungsmittel geschätzt. Als alternativer Milchersatz in Form von Haferdrinks rückt die Pflanze seit einigen Jahren wieder verstärkt ins Bewusstsein der Öffentlichkeit. Im Vergleich zu tierischer Milch oder Soja spielen Haferproteine in der Ernährung bisher jedoch eine Nebenrolle. Das wollen Forschende der Hochschule Anhalt ändern.

Haferproteine modifizieren

Im Rahmen des Projektes funHapro will ein Team um Projektleiter Thomas Kleinschmidt den Eiweißgehalt im Hafer optimieren, um die heimische Nutzpflanze als alternative Proteinquelle für die Ernährung zu etablieren. „Für eine spezifische Nutzung müssen wir die Eigenschaften des Eiweißes verbessern und geeignete Verarbeitungsverfahren entwickeln“, sagt Lisa Höhme-Matthes, wissenschaftliche Mitarbeiterin an der Hochschule Anhalt. Gemeinsam mit zwei weiteren Forschenden untersucht sie, wie sich das Haferprotein modifizieren lässt.

Mit Enzymen Eiweißeigenschäften verbessern

Hafer enthält etwa 10 % Eiweiß. Im Vergleich zu tierischen Eiweißen sind Haferproteine schlecht löslich, bilden keine stabilen Schaum- oder Gelgerüste wie zum Beispiel Milch- oder Sojaproteine. Um die Proteine zu optimieren, verfolgt das Forschungsteam zwei Ansätze: die Behandlung der Haferproteine mit hochintensivem Ultraschall, damit sich das Eiweiß besser verarbeiten lässt, sowie die Veränderung der Eiweißeigenschaften mithilfe der enzymatischen Hydrolyse. Bei dieser Methode, die in der Lebensmitteltechnologie etabliert ist, wird das Protein von Enzymen in kleinere Teile zerlegt, wodurch es seine Eigenschaften verändert und beispielsweise Bindungen besser eingeht.

Beitrag zur Ernährungssicherung

„Doch für Hafer brauchen wir noch das passende biochemische Besteck, also die richtigen Enzyme“, erklärt Projektleiter Thomas Kleinschmidt. Das Forschungsteam ist überzeugt, dass Hafer das Potenzial hat, als heimische Eiweißquelle einen wichtigen Beitrag zur Ernährungssicherheit zu leisten. Sollte die Optimierung gelingen, könnten Haferproteine in vielen neuen Produkten zum Einsatz kommen.

Das Projekt funHapro wird vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft gefördert. 

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Oats are one of the oldest cultivated plants and are valued as a food mainly because of the carbohydrates in the grain. As an alternative milk substitute in the form of oat drinks, the plant has been attracting increasing public attention for some years now. Compared to animal milk or soy, however, oat proteins have so far played a minor role in nutrition. Researchers at Anhalt University of Applied Sciences want to change this.

Modifying oat proteins

As part of the funHapro project, a team led by project manager Thomas Kleinschmidt wants to optimize the protein content in oats in order to establish the domestic crop as an alternative source of protein for nutrition. “For a specific use, we need to improve the properties of the protein and develop suitable processing methods,” says Lisa Höhme-Matthes, research assistant at Anhalt University of Applied Sciences. Together with two other researchers, she is investigating how oat protein can be modified.

Using enzymes to improve protein properties

Oats contain around 10 % protein. Compared to animal proteins, oat proteins are poorly soluble and do not form stable foam or gel structures like milk or soy proteins, for example. In order to optimize the proteins, the research team is pursuing two approaches: treating the oat proteins with high-intensity ultrasound to make the protein easier to process, and modifying the protein properties using enzymatic hydrolysis. In this method, which is established in food technology, the protein is broken down into smaller parts by enzymes, which changes its properties and, for example, makes it easier to form bonds.

Contribution to food security

“But we still need the right biochemical tools for oats, i.e. the right enzymes,” explains project manager Thomas Kleinschmidt. The research team is convinced that oats have the potential to make an important contribution to food security as a domestic source of protein. If optimization is successful, oat proteins could be used in many new products.

The funHapro project is funded by the Federal Ministry of Food and Agriculture.

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Die 15. Auflage der Deutschen Biotechnologietage war auch eine Premiere: Erstmals fand die zweitägige Veranstaltung im neuen Kongresszentrum in Heidelberg statt. Zum Branchentreff am 9. und 10. April kamen mehr als 1.000 Vertreterinnen und Vertreter aus Wirtschaft, Forschung und Politik. Neben der Diskussion aktueller Themen ging es vor allem um den regen Austausch untereinander. Darüber hinaus bietet der Branchentreff seit Jahren auch Start-ups eine Bühne, um ihre Ideen zu präsentieren und Kontakte zu knüpfen. Ausgerichtet werden die Biotechnologietage vom Branchenverband BIO Deutschland und dem Arbeitskreis der deutschen BioRegionen. Regionaler Gastgeber war in diesem Jahr BioRN, Partnerregion der Biopharma Cluster South Germany.

Das Programm der Deutschen Biotechnologietage gab Einblick in eine Vielzahl von Bereichen, in denen die Biotechnologie Anwendung findet. „Die Branche zeigt hier, wozu sie fähig ist und was sie braucht, um Deutschland zu einem führenden Biotech-Standort mit hoch qualifizierten und attraktiven Arbeitsplätzen zu machen“, so Oliver Schacht, Vorstandsvorsitzender von BIO Deutschland e. V. Neben Themen wie neue Biologika für die Medizin sowie Künstliche Intelligenz (KI) in der Diagnostik und Medikamentenentwicklung wurde auch das Potenzial für die Bioökonomie beleuchtet.

Alternative Proteine für die Ernährung der Zukunft

Gleich am ersten Kongresstag wurde im Rahmen einer Session über die Zukunft der Ernährung diskutiert. Die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) organisierte Debatte stand unter der Überschrift, welche Alternativen es zum Fleisch in der Ernährung und Lebensmittelwirtschaft gibt. „Eine Transformation des Lebensmittelsystems in Richtung mehr Nachhaltigkeit ist dringend geboten“, sagte Enrico Barsch, Referent für Bioökonomie im BMBF, der die Session moderierte. Darin stellten Christian Poppe vom Foodtech-Start-up Formo, Monika Röntgen vom Forschungsinstitut für Nutztierbiologie (FBN) sowie Ute Weisz von der Technischen Universität München innovative Ansätze für eine nachhaltige Proteinproduktion vor.

Datenbank bietet Übersicht zu pflanzlichen Inhaltsstoffen

So präsentierte Ute Weisz eine Datenbank, in der eine Sammlung nutzbarer pflanzlicher Inhaltsstoffe aufgeführt und vorab analysiert wurde, die für die Herstellung alternativer Lebensmittel auf Pflanzenbasis tierische Inhaltsstoffe ersetzen können. Dieses Projekt wurde vom BMBF im Rahmen des Innovationsraums NewFoodSystems gefördert.

Christian Poppe von Formo lieferte einen Abriss der Firmengeschichte des 2019 gegründeten Start-ups, das sich auf die Entwicklung tierfreier Milchprodukte spezialisiert hat. Mit einer größeren BMBF-Förderung ausgestattet, wurde hier die Kooperation mit der hessischen Biotechnologie-Firma Brain Biotech herausgestellt, die dabei hilft, mikrobiologische Produktionsstämme zu identifizieren, die die Komponenten der tierischen Milch wie Casein-Protein und bestimmte Fettsäuren in Laborprozessen nachbaut und auch enzymatisch verändert, um dem ursprünglichen Produkt möglichst nahe zu kommen. Durch die Kooperation mit Brain sieht sich Formo eigenen Angaben zufolge in der Lage, „die Entwicklungen zu beschleunigen und mit optimierten alternativen Produktionsprozessen schneller den Markt zu erreichen“.