Bereits heute mangelt es der stetig wachsenden Weltbevölkerung in einigen Regionen der Erde an ausreichend Protein für eine ausgewogene Ernährung. Die Produktion von Fleisch, Deutschlands primärer Proteinquelle, ist mit einer Vielzahl negativer Konsequenzen für die Umwelt, das Klima und dem Wohlergehen der Tiere verbunden. Es wird festgestellt, dass hierzulande der Anteil an Vegetariern und Veganern in der Gesellschaft und somit die Nachfrage nach alternativen Proteinquellen immer weiter steigt. Pilze stellen hierfür eine vielversprechende Proteinquelle dar, da sie einem hohen Proteinanteil von bis zu 40 % der Trockensubstanz inklusive aller 9 essentiellen Aminosäuren aufweisen und neben einer allgemein gesunden Zusammensetzung ebenfalls einen herzhaften Geschmack haben. Ihre Fähigkeit auf zahlreichen Reststoffen der Agrar- und Lebensmittelindustrie zu wachsen, ermöglicht eine besonders nachhaltige und ressourcenschonende Produktion. Die Fruchtkörperbildung auf festen Oberflächen kann ab dem Beimpfen allerdings bis zu mehreren Monaten dauern und die Umweltbedingungen müssen je nach Wachstumsphase individuell angepasst werden. Eine Alternative mit viel Potenzial stellt die submerse Kultivierung dar, bei welcher Pilzbiomasse in Form des Myzels in einem Bioreaktor unter reproduzierbaren Bedingungen in kürzerer Zeit produziert wird. Für eine industrielle Umsetzung bedarf es hier jedoch noch weiter Forschung, um die Produktivität zu steigern und Schwankungen zu charakterisieren.
Ziel dieser Doktorarbeit ist daher Etablierung und Modellierung eines solchen Prozesses zur nachhaltigen Produktion von proteinreicher Biomasse mittels submerser Kultivierung von Speisepilzen auf Reststoffen der Lebensmittelindustrie. Ausgegangen wird von einer Charakterisierung und Auswahl eines geeigneten Pilz-Stammes, welcher einen hohen Proteinanteil mit guter Zusammensetzung sowie einem schnellen submersen Wachstum auf dem ausgewählten Reststoff aufweisen sollte. Basierend auf einer Literaturrecherche sollen 4 Pilzstämme untersucht werden. Parallel dazu sollen Reststoffe aus der Lebensmittelindustrie als nachhaltiges Substrat für den Pilz charakterisiert werden. Für einen ausgewählten Pilz soll dann ein chemisch definiertes Medium, welches ein gutes Wachstum sowie die Nachverfolgung des Verbrauchs der C- und N-Quelle ermöglicht in Schüttelkolben designt werden. Anschließend wird das Wachstum im Bioreaktor charakterisiert mit Hauptaugenmerk auf die Prozessführungsstrategie optimiert. Bei der Prozessoptimierung und Auslegung der weiteren Schritte soll ein Modell des Wachstums, welches von einer stöchiometrischen Bilanzierung und den Daten der Biomassebildung sowie dem Substratverbrauch ausgeht, erstellt und dazu genutzt werden, die Prozessoptimierung auszulegen. Final soll mit den gewonnenen experimentellen sowie modellierten Daten ein Prozess zur Proteingewinnung im industriellen Maßstab simuliert und final optimiert werden.
Die in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse bezüglich der submersen Kultivierung von Speisepilzen auf Reststoffen zu Gewinnung proteinreicher Biomasse wurden in dieser Form noch nicht erhoben und können einen wesentlichen Teil dazu beitragen, diese Technologie im großtechnischem Maßstab umzusetzen. Damit hat diese Arbeit ein großen Potenzial, die industriellen Produktion nähr- und schmackhafter alternativer Proteinquellen voranzubringen und somit den Konsum und die Produktion von Fleisch und damit verbundenen negativen Konsequenzen für Klima und Umwelt zu reduzieren.