Bioprocess Symposium «Passion for Bioprocessing» · 3. November 2026, Bern · kostenlos Registrieren ➜
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Pflanzenzellen und Mikroalgen zählen zu den spannendsten Plattformen der modernen Biotechnologie. Die Pflanzenzellkultur ermöglicht die nachhaltige, skalierbare Produktion komplexer Sekundärmetabolite — Verbindungen wie Paclitaxel (Taxol®), Shikonin und Ginsenosid, die durch chemische Synthese nur schwer oder gar nicht herstellbar sind. Über den pharmazeutischen Bereich hinaus gewinnt die Pflanzenzellkultur auch in der Lebensmittel- und Aromaindustrie an Bedeutung: Kakao- und Kaffeezellkulturen eröffnen einen Weg zur Herstellung von Aromastoffen und Funktionsinhaltsstoffen unabhängig von landwirtschaftlichen Lieferketten. Mikroalgen wandeln CO₂ und Licht direkt in Biomasse um — ein überzeugender Ansatz zur Gewinnung von Nutrazeutika, Pigmenten und Biokraftstoffen mittels Algenkultivierung in Photobioreaktoren.
Beide Organismengruppen teilen Schlüsselmerkmale, die ihre Kultivierungsanforderungen prägen. Pflanzenzellen sind gross (20–200 µm) und von einer starren Zellulosewand umgeben, was sie deutlich scherempfindlicher macht als mikrobielle oder Säugerzellen. Sie wachsen langsam — typische Batch-Dauern liegen zwischen einer und vier Wochen — und ihre biosynthetische Leistung hängt direkt von der präzisen Kontrolle von pH, Gelöstsauerstoff, Temperatur und Nährstoffversorgung ab. Bei Mikroalgen kommt Licht als kritischer Parameter hinzu: Photosynthetisches Wachstum erfordert eine definierte Bestrahlungsstärke und CO₂-Versorgung, und Photoinhibition muss aktiv vermieden werden. Beide Gruppen lassen sich auch heterotroph oder mixotroph kultivieren, was das Spektrum verfügbarer Bioreaktorstrategien erweitert.
Diese biologischen Eigenschaften — Scherempfindlichkeit, langsames Wachstum und der Bedarf an aseptischen, präzise geregelten Bedingungen über lange Kultivierungszeiträume — machen das Bioreaktordesign entscheidend. Sie erfordern eine schonende Durchmischung, eine genaue pH- und DO-Regelung, ein definiertes Temperaturmanagement und — bei Algen — eine integrierte Lichtversorgung. Der autoklavierbare Glas-Bioreaktor von Applikon eignet sich ideal für Pflanzenzell- und Algenanwendungen im Klein- und Labormassstab, mit einem klaren Pfad zum Scale-up.
Pflanzenzellen und Mikroalgen erfordern eine präzise, organismenspezifische Regelung über alle Bioreaktorformate hinweg — vom MiniBio-Screening bis zu Edelstahl-Produktionssystemen.
Pflanzenzellen (5,5–6,0) / Mikroalgen (7,0–8,5)
Inline-pH-Regelung über Säure-/Base-Zugabe bei Pflanzenzellen; automatisierte CO₂-Einleitung nach pH-Bedarf bei der Algenkultivierung in Bioreaktoren. Abweichungen wirken sich direkt auf Wachstumsraten und die Akkumulation von Sekundärmetaboliten aus.
Pflanzenzellen (10–40 %) / Mikroalgen
DO-Kaskadenregelung (Rührung + Belüftung) ist für die Pflanzenzellkultur unerlässlich. Bei der Algenkultivierung im Photobioreaktor muss der photosynthetisch gebildete O₂ aktiv abgeführt werden, um eine inhibitorische Anreicherung zu vermeiden.
Pflanzenzellen (20–28 °C) / Mikroalgen (20–35 °C)
Speziesspezifisches Optimum; Chlorella ~25 °C, Spirulina-Kultivierung ~35 °C. Eine Temperaturabsenkung in der Pflanzenzellkultur kann die Akkumulation gezielter Sekundärmetabolite verstärken.
Mikroalgen (Photobioreaktor-Parameter)
PAR 50–500 µmol m⁻² s⁻¹, je nach Spezies. Hell-/Dunkel-Zyklen maximieren die photosynthetische Effizienz. Das transparente Borosilikatglas des Applikon-autoklavierbaren Bioreaktors unterstützt eine externe LED-Panel-Beleuchtung für einen effektiven Photobioreaktorbetrieb im Labormassstab.
Sowohl Pflanzenzellen als auch Algen sind hochgradig scherempfindlich. Marine- oder Schrägblattrührer bei niedrigen Spitzengeschwindigkeiten (0,1–0,3 m/s) sowie Mikrosparger sind Standard, um einen ausreichenden Stoffaustausch ohne Zellschädigung zu gewährleisten.
Ein zentraler Indikator für Medienzusammensetzung und osmotisches Gleichgewicht. Die Überwachung der Leitfähigkeit ermöglicht eine frühzeitige Erkennung von Nährstoffverarmung oder Salzanreicherung — beides wirkt sich direkt auf Zellvitalität und Produktausbeute in Pflanzenzell- und Algenkulturen aus. Inline-Leitfähigkeitssensoren ermöglichen eine Echtzeit-Prozessregelung ohne Probenahme.
Pflanzenzellen benötigen ein Medium mit Saccharose, Hormonen und Elicitoren, um die Sekundärmetabolit-Biosynthese auszulösen. Mikroalgen wachsen auf anorganischen Salzen (N, P, Spurenmetalle) mit CO₂; ein Stickstoffmangel verschiebt den Stoffwechsel in Richtung Lipide, Astaxanthin oder Phycocyanin.
Beide Prozesse durchlaufen die Phasen Inokulation, Wachstum/Produktion und Ernte und lassen sich im Batch-, Fed-Batch- oder kontinuierlichen Modus betreiben.
Vierstufiger Prozess von der Explantatauswahl bis zur Ernte, mit Elicitierung als entscheidendem Produktivitätshebel.
Explantat auf MS-/B5-Medium; hochproduzierende Linien werden durch Metabolit-Screening selektiert.
Überführung in den Pflanzenzell-Bioreaktor bei definierter Dichte; pH-/DO-/Temperatur-Kaskade aktiviert.
Fed-Batch-Nährstoffversorgung; die Zugabe von Elicitoren löst die Sekundärmetabolit-Biosynthese aus; das gepackte Zellvolumen (PCV) wird überwacht. Eine zentrale prozesstechnische Herausforderung ist die Bildung von Zellaggregaten: Wenn Pflanzenzellen verklumpen, wird der Stoffaustausch von Sauerstoff und Nährstoffen ins Zellinnere eingeschränkt — was die Produktivität reduziert und das Downstream Processing erschwert. Die Aggregatgrösse muss aktiv über Rührerwahl, Rührgeschwindigkeit und Mediumzusammensetzung gesteuert werden.
Batch oder semikontinuierlich; das Produkt wird aus der Biomasse extrahiert oder aus dem Medium gewonnen.
Dreistufiger Prozess mit axenischer Vorkultur, Kaskadenregelung und selektiver Biomassegewinnung.
Axenische Vorkultur bis zur Ziel-OD; CO₂-Begasung und Beleuchtung werden bei der Überführung aktiviert.
Kaskadenregelung von DO/CO₂/pH/Licht; Stickstoffmangel zur Steigerung von Lipiden, Astaxanthin oder Phycocyanin.
Batch- oder Turbidostatbetrieb; die Biomasse wird durch Zentrifugation, Filtration oder Flockung gewonnen.
Alle Applikon-Formate unterstützen die Pflanzenzell- und Algenkultivierung mit massgeschneiderten Regelstrategien.
| Typ | Massstab | Wichtige Anwendungsfälle | Pflanzenzell- und algenspezifische Merkmale |
|---|---|---|---|
| Applikon MiniBio Glas-Mini-Bioreaktor | 0,25–1 L | Medien- und Elicitor-Screening, Stammselektion, Scale-down-Modell | Geringes Volumen reduziert die Kosten für Pflanzenhormone/Elicitoren; scheroptimierter Marine-Rührer; Parallelbetrieb; Inline-pH-/DO-Sensoren |
| Applikon-autoklavierbare Glas-Bioreaktoren für die Pflanzenzell- und Algenkultivierung | 2–20 L | Pflanzenzell-Suspensionskultur, Sekundärmetabolit-Produktion, Photobioreaktor-Setup mit externer LED-Beleuchtung, Scale-up-/Scale-down-Modell | Transparentes Borosilikatglas ermöglicht externe LED-Beleuchtung — ideal als Photobioreaktor im Labormassstab für die Kultivierung von Chlorella, Spirulina oder Haematococcus; flexible pH-/DO-/Temperatur-/Lichtkaskaden; autoklavierbar; mehrere Sensorports |
| AppliFlex ST Single-Use-Bioreaktor für die Pflanzenzellkultur | 0,5–15 L | Rekombinante Pflanzenproteine, Biopharmazeutika aus der Pflanzenzellkultur, schneller Prozesswechsel | Einweggefässe eliminieren das Kreuzkontaminationsrisiko bei wertvollen Pflanzenzelllinien; vorsterilisierte Reaktoren; keine Reinigungsvalidierung des Autoklaven erforderlich; Standard-pH-/DO-/Leitfähigkeitssensoren |
| Edelstahl-Bioreaktoren für die grosstechnische Pflanzenzell- und Algenproduktion | 20 L bis >10 000 L | Industrielle Pflanzenzellkultivierung, grosstechnische Mikroalgen-Biomasse- und Biokraftstoffproduktion, kontinuierliche CIP/SIP-Prozesse | Skalierbar bis 5000 L und darüber hinaus; CIP/SIP für lange, sterile Kultivierungsläufe; robuste Kaskadenregelung von pH/DO/Leitfähigkeit/Temperatur |
Ein strukturierter Ansatz zur Pflanzenzell- und Algen-Bioprozessierung gewährleistet Reproduzierbarkeit und gleichbleibenden Ertrag – von der ersten Inokulation bis zur Produktion im kommerziellen Massstab.
Der Applikon-Glas-Bioreaktor bietet eine akribisch kontrollierte Umgebung, die für die Kultivierung von Pflanzenzellen und Algen unerlässlich ist. Die präzise Regulierung von Temperatur, pH-Wert und Gasaustausch treibt die Photosynthese und den Zellstoffwechsel an – optimiert die Wachstumsbedingungen und steigert die Gesamteffizienz und den Ertrag des Kultivierungsprozesses.
Die Kultivierung beginnt mit einer aseptischen Inokulation mit Pflanzenzellsuspensionen oder Algenstämmen. Pflanzenzellen, typischerweise als Kallus oder undifferenzierte Zellen eingebracht, gedeihen unter den kontrollierten Bedingungen des Bioreaktors. Algenkulturen, aus Reinkulturen eingeführt, profitieren von einer Umgebung, die Kontaminationen verhindert und ein robustes monokulturelles Wachstum fördert.
Eine ausgewogene Nährstoffzufuhr ist entscheidend für die Kultivierung von Pflanzenzellen und Algen. Der Applikon-Glas-Bioreaktor verfügt über anspruchsvolle Fütterungssysteme, die eine präzise Nährstoffmischung verabreichen – einschliesslich Kohlenstoffquellen (hauptsächlich CO₂ für Algen), Stickstoff, Vitaminen und Mineralien. Diese gezielte Nährstoffversorgung ist entscheidend für die Aufrechterhaltung optimaler Wachstumsraten und metabolischer Effizienz.
Ein ordnungsgemässer Gasaustausch ist unerlässlich, um CO₂ für die Photosynthese bereitzustellen und gleichzeitig geeignete Sauerstoffwerte zur Unterstützung der aeroben Atmung und zur Vermeidung von oxidativem Stress aufrechtzuerhalten. Der autoklavierbare Applikon-Glas-Bioreaktor ist so konzipiert, dass er einen effizienten Gasaustausch und eine effiziente Belüftung ermöglicht, mit der Möglichkeit, diese Parameter fein abzustimmen, um den dynamischen Bedürfnissen der Kulturen gerecht zu werden.
Unsere Spezialisten begleiten Sie während des gesamten Bioprozess-Lebenszyklus – von der Systemauswahl und Anwendungsplanung bis hin zur Implementierung, Optimierung und dem langfristigen Betrieb. Wir arbeiten eng mit Ihnen zusammen, um zuverlässige, konforme und skalierbare Lösungen zu gewährleisten, die auf Ihre Anforderungen zugeschnitten sind.
Kontaktieren Sie uns, um innovative Ansätze für Ihr Projekt zu besprechen.
Applikon-Bioreaktoren unterstützen die Kultivierung einer breiten Palette von Pflanzenzelltypen – einschliesslich Kallus und undifferenzierter Pflanzenzellsuspensionen – sowie verschiedener Algenstämme. Das System eignet sich sowohl für Forschungsanwendungen als auch für die kommerzielle Produktion von sekundären Metaboliten, Biopharmazeutika und Biokraftstoffen.
Algen sind auf CO₂ als primäre Kohlenstoffquelle für die Photosynthese angewiesen. Ein ordnungsgemässer Gasaustausch gewährleistet eine konsistente CO₂-Versorgung und hält gleichzeitig geeignete Sauerstoffwerte aufrecht, um die aerobe Atmung zu unterstützen und oxidativen Stress zu verhindern. Der Applikon-Bioreaktor ermöglicht eine Feinabstimmung dieser Parameter, um den dynamischen Bedürfnissen der Algenkulturen gerecht zu werden.
Der autoklavierbare Applikon-Glas-Bioreaktor bietet eine akribisch kontrollierte Umgebung mit präziser Regulierung von Temperatur, pH-Wert und Gasaustausch. Sein modulares Design unterstützt ein breites Anwendungsspektrum – von der Produktion sekundärer Metaboliten und Biopharmazeutika bis zur Biokraftstoffproduktion – und skaliert von 2-L-Forschungsgefässen bis hin zu kommerziellen Produktionsvolumen.
Eine ausgewogene Nährstoffversorgung ist entscheidend für Pflanzenzellen und Algen. Dazu gehören Kohlenstoffquellen (hauptsächlich CO₂ für Algen), Stickstoff, Vitamine und Mineralien. Der Applikon-Bioreaktor verfügt über anspruchsvolle Fütterungssysteme, die eine präzise Nährstoffmischung verabreichen und optimale Wachstumsraten und metabolische Effizienz während des gesamten Kulturprozesses aufrechterhalten.
Ja. Der autoklavierbare Applikon-Glas-Bioreaktor bietet eine skalierbare Lösung vom Forschungsmassstab bis zur kommerziellen Produktion und ermöglicht es Forschern, die Kulturbedingungen im Kleinmassstab zu optimieren, bevor sie auf grössere Massstäbe hochskalieren. Sein konsistentes Design und skalierbare Steuerungslösungen vereinfachen den Übergang vom Labor- über den Pilotmassstab bis zur Vollproduktion.
