Als biotechnologische Konversionsverfahren bezeichnet man die Umwandlung von meist organischen Verbindungen (Biomasse) in energetisch oder stofflich nutzbare Produkte. Sie sind für eine nachhaltige und zukunftsfähige Bioökonomie von enormer Bedeutung. Hierbei wird pflanzliche Biomasse auf natürliche Weise von Mikroorganismen (Pilzen und Bakterien) sowie mit Hilfe von Enzymen in ihre Einzelbestandteile zersetzt und als Nährstoff verwendet. Neben dem Wachstum der Mikroorganismen können dabei weitere Produkte gebildet werden, wie beispielsweise Säuren, Öle, Alkohole, Antibiotika, Aromastoffe etc.
Obwohl dieser Prozess in der Natur ohne jegliche Vorbehandlung abläuft, ist er sehr zeitintensiv. Beim Holz beispielsweise dauert der vollständige Abbau einige Jahre. Zugleich sind viele unterschiedliche Mikroorganismen für einen vollständigen Abbau notwendig („Konsortien“). Für einen biotechnologischen Prozess, der nur wenige Tage bis Wochen dauert, muss dieser Schritt daher um ein Vielfaches beschleunigt werden. Dies geschieht in der Regel durch eine Auftrennung in die einzelnen Holzbestandteile Cellulose, Hemicellulose und Lignin. Möglich ist zudem eine chemische oder enzymatische Verzuckerung, indem Cellulose in Glucose zersetzt wird und Hemicellulose – hauptsächlich – in Xylose.
Dieser Schritt wird durch das Forschungsfeld Biotechnologische Konversion realisiert. Das bedeutet: Die dadurch erzeugten Zucker dienen neben anderen Bestandteilen nun als Nährstoffquelle für die Mikroorganismen. Außerdem können Mikroorganismen durch gezieltes Einstellen der Wachstumsparameter (Temperatur, pH-Wert, Konzentration von Nährstoffen, Sauerstoffzufuhr) und eventuell durch genetische Modifikation dazu gebracht werden, auch größere Mengen des gewünschten Wertproduktes zu bilden.
Unsere Aufgabe dahingehend ist es, alle Bestandteile eines Laubbaumes, sprich Cellulose oder Hemicellulose – und die daraus freigesetzten Zucker –, zerkleinertes Holz, Blätter, Borke und Holzpresssaft zu nutzen, um anschließend mit Hilfe von Mikroorganismen und | oder Enzymen Wertprodukte zu produzieren. Dabei setzen wir auf die natürlichen Eigenschaften von Pilzen und Bakterien, um die Biomasse zu verwerten. Ferner modifizieren wir Produktionsstämme so, dass sie alle Bestandteile des Laubbaumes verstoffwechseln können und besonders viel „Produkt“ erzeugen. Ziel des Prozesses ist es, alle Stoffe, die ein Laubbaum liefert, einer Wertschöpfungskette zuzuführen, die über die rein energetische Nutzung weit hinausgeht.
Konkret in Planung ist bereits die Produktion von Enzymen für den biologischen Holzaufschluss, die Herstellung von Biotensiden für den maßgeschneiderten Einsatz als Emulgator (beispielsweise in Reinigern und Kosmetika) sowie die Entwicklung hochwertiger Proteinquellen für die Erzeugung von vegetarischen und veganen Lebensmitteln.
