Bioprozessentwicklung filamentöser Pilze anhand automatisierter Morphologieuntersuchung

Morphologie-gestützt wurde ein reproduzierbares Kultivierungsverfahren für den Basidiomyceten Schizophyllum commune DSM 6320 etabliert. Dazu wurde erstmals die statistische Versuchsplanung zur Beschreibung der Makromorphologie eines Pilzes eingesetzt. Die Morphologieanalyse konnte eingesetzt werden, um die Reproduzierbarkeit in aufeinander aufbauenden Kultivierungsschritten zu überprüfen. Sie wurde in Zusammenhang mit der reproduzierbaren Einstellung weiterer Kultivierungsparameter, z.B. der Biotrockenmasse, gestellt (Struktur-Eigenschafts-Beziehung). Die morphologische Analyse ermöglichte ein frühzeitiges Erkennen von Abweichungen einer definierten Standardkultivierung. Eine Steuerung des Kultivierungsprozesses und ggf. eine Regelung mit der Analyse der Makromorphologie von S. commune wurde somit möglich. Die Mikroskopie zur Bildaufnahme der Pellets von S. commune wurde einschließlich der Auswertung makromorphologischer Parameter erfolgreich automatisiert. Gleichzeitig zur beschleunigten Analyse aller makromorphologischen Parameter wurde dadurch auch eine sehr schnelle Analyse der Pelletkonzentration erzielt, die erfolgreich eingesetzt wurde, um die Biotrockenmassekonzentration abzuschätzen. Diese konnte über den gesamten Kultivierungsverlauf in grundverschiedenen Kultivierungen ausschließlich mittels morphologischer Parameter dargestellt werden. Eine aufwendige gravimetrische Bestimmung der Biotrockenmassekonzentration kann damit für gut charakterisierte und reproduzierbare Kultivierungsprozesse entfallen. Anhand eines Beispiels wurde gezeigt, dass auch die Konzentration des Polysaccharids mit Hilfe der Morphologie berechnet werden kann. Die Morphologie von S. commune wurde durch Medienzusätze erfolgreich verändert. Das Ziel, dadurch die Raum-Zeit-Ausbeute zu steigern, wurde durch Zugabe von Talkpartikeln erreicht. Im Vergleich mit einem S. rolfsii-Stamm wurde gezeigt, dass der Effekt stammabhängig auftrat. Die Morphologie konnte zum Erreichen einer maximalen Raum-Zeit-Ausbeute gezielt auch mittels Optimierung der Homogenisierung und der Biotrockenmassekonzentration bei Beimpfen eingestellt werden. Es wurden Struktur-Eigenschafts-Beziehungen für verschiedene Kultivierungsschritte beschrieben. Die höchste auf das Pelletvolumen bezogene Menge an Polysaccharid wurde von Pellets mittlerer Größe und höherer Biomassedichte gebildet. Bei Zunahme der Pelletgröße ging die pelletvolumen-spezifisch gebildete Menge an Polysaccharid zurück.