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Die Forschungshalle 62 der Hochschule Anhalt empfängt Besucherinnen und Besucher mit einem freundlichen Grummeln. Zwischen Tischen mit Schüttelkolben, mannshohen und hallenhohen Anlagen gehen Menschen ruhig ihrer Arbeit nach, während es in den Bioreaktoren rund geht: flüssige und feste Reststoffe werden mithilfe verschiedener Mikroorganismen in wertvolle Produkte wie veganes Chitosan, Rosenduft oder proteinreichen Fleischersatz umgewandelt, Rapskernkonzentrat wird für Lebensmittelanwendungen veredelt. Drei klassische Bioreaktoren aus Edelstahl sowie eine Vielzahl von Laborreaktoren stehen hier, genutzt für Lehre und Forschung. „Auch ich habe hier studiert und meine ersten Erfahrungen mit Bioreaktoren gemacht“, sagt Dorit Beck, inzwischen seit mehr als 20 Jahren wissenschaftliche Mitarbeiterin an der Hochschule Anhalt. Aktuell arbeitet sie in den Arbeitsgruppen angewandte Biotechnologie und Bioverfahrenstechnik von Prof. Dr. Jana Rödig und Prof. Dr. Claudia Grewe, die zum Fachbereich Angewandte Biowissenschaften und Prozesstechnik der Hochschule Anhalt in Köthen gehören. 

In diesem Jahr betreute Dorit Beck ein studentisches Team beim 99-Euro-Bioreaktor-Wettbewerb, der seit 2014 jährlich an der Technischen Universität Dresden ausgetragen wird. Die Aufgabe: Teams aus Studierenden bauen einen funktionsfähigen Bioreaktor mit einem Budget von 99 Euro. 2026 sollte der Reaktor Single Cell Protein, kurz SCP, erzeugen. Darunter versteht man die Biomasse von Mikroorganismen, also die Gesamtheit ihrer organischen Substanz, die in einem Bioreaktor wächst und sich als Eiweißquelle für Futter- oder Lebensmittel nutzen lässt. Als Organismus war die Hefe Cyberlindnera jadinii sowie Ethanol als einzige Kohlenstoff- und Energiequelle vorgegeben. In der Europäischen Union gilt diese Hefe als unbedenklich für den Einsatz in Futter- und Lebensmitteln, was sie für industrielle Anwendungen interessant macht. Die Teams hatten 24 Stunden Zeit, möglichst viel Biomasse zu erzeugen. Den Bioreaktor der Hochschule Anhalt hatten der Bachelorstudent Maximilian Perten und der Masterstudent Paul Eger des Studiengangs Biotechnologie entworfen und gebaut. „Sie sind sich eher zufällig im Praktikum begegnet und waren beide technikbegeistert“, erzählt Dorit Beck, die ihre Praktikanten schließlich auch für den Wettbewerb gewinnen konnte.

Ein Bioreaktor ist ein geschlossenes Gefäß, in dem Mikroorganismen oder Zellen unter kontrollierten Bedingungen wachsen. Temperatur, pH-Wert, Sauerstoffversorgung und Nährstoffzufuhr können dabei präzise gesteuert werden, um die Ausbeuten zu maximieren. Biologische Prozesse reagieren auf kleinste Veränderungen der Umgebungsbedingungen. Das erlebte auch das Team der Hochschule Anhalt in Dresden. 

Zwar funktionierte ihr Konzept in der Forschungshalle 62 in Köthen. Im Labor des Austragungsortes, der Wettbewerbshalle in Dresden, aber nicht. „Hier war der CO₂-Gehalt der Luft offenbar durch die vielen anwesenden Personen so stark erhöht, dass der entwickelte Regelprozess, der über die Abnahme der CO₂-Konzentration in der Abluft die Zufütterung von Ethanol, dem Substrat, übernehmen sollte, nicht funktionierte. So wuchsen die Hefen während des 24-stündigen Wettbewerbs nur anfangs und haben letztendlich nicht die erwartete Menge an Biomasse erzeugen können“, erklärt Dorit Beck, die diese Erfahrung als Lerneffekt wertet. 

Das Team will das Experiment aber fortsetzen. Den Reaktor bauen sie an der Hochschule erneut auf und testen ihn unter Wettbewerbsbedingungen, jedoch mit frischer Umgebungsluft. Eine technische Hürde haben sie bereits genommen: Die Sonden für Temperatur und pH-Wert überstanden das teilweise saure Medium nicht unbeschadet und korrodierten. Deshalb mussten alle Bauteile noch einmal neu bestellt werden.

„Es ist in den vergangenen Jahren einfacher geworden, die Bioreaktoren für 99 Euro zu bauen“, erzählt Dorit Beck. Vor allem der 3D-Druck erleichtert die Beschaffung spezieller Teile zu niedrigen Preisen. Maximilian Perten nutzte sogar seinen eigenen 3D-Drucker um die gewünschten Elemente wie Rührer in optimierten Maßen und Geometrien über Nacht zu produzieren. In anderen Projekten haben Studierende auch mit dem Fachbereich Elektrotechnik, Maschinenbau und Wirtschaftsingenieurwesen interdisziplinär zusammengearbeitet, denn hier gibt es verschiedenste spezielle 3D-Drucker, Expertise und interessierte Kolleginnen und Kollegen, die gern fachüber­greifend helfen und kooperieren. 

Bioreaktoren, wie sie die Industrie nutzt, werden heute in der Regel aus vorgefertigten, korrosionsfreien Edelstahlbauteilen zusammengesetzt. Einen einfachen Bioreaktor findet man bereits in kommunalen Kläranlagen, wo Mikroorganismen organische Substanz im Abwasser abbauen. Die Lebensmittelbranche und Bioökonomie setzen industrielle Bioreaktoren ein, in denen Hefen wachsen oder Mikroorganismen Enzyme, organische Säuren und verschiedenste Wirkstoffe produzieren. Dabei rückt ein Prinzip zunehmend in den Vordergrund: Neben- und Restströme aus der Industrie als Substrat für Mikroorganismen zu nutzen. „Bioreaktoren haben den großen Vorteil, dass man mit ihnen unter milden Bedingungen nahe der Umgebungstemperatur und ohne aggressive Chemikalien verschiedenste Wertprodukte produzieren kann“, erklärt Dorit Beck. 

Sie untersuchte für ihre Diplomarbeit – damals noch an der Technischen Hochschule Anhalt in Kooperation mit der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg – ob sich Deponiesickerwässer aus der Chemieregion Bitterfeld biotechnologisch reinigen lassen. „Auch diese vielfältige und effektive Nutzung von Mikroorganismen machen Bioreaktoren so interessant“, sagt sie über ihr Fachgebiet.

Die praktische Ausbildung hat an der Hochschule Anhalt einen festen Platz. Dorit Beck betreut die Studierenden-Praktika in zwei Semestern: Bioprozesstechnik im fünften Semester und Angewandte Biotechnologie im sechsten. Hinzu kommt ein sogenanntes Demonstrationspraktikum im Rahmen der Bioapparatetechnik, in dem Studierende die Baugruppen eines großen Bioreaktors im Technikumsmaßstab erstmals vor Augen haben. Die Studierenden sollen das Prinzip eines Bioreaktors in verschiedenen Größen kennen und anwenden können. Dazu zählen: das Erkennen der Einzelteile zur eigenen Bedienung, das Herstellen des Nährmediums, das Autoklavieren, also das Sterilisieren unter Druck und Hitze, das Beimpfen der Kultur und das Steuern des laufenden Prozesses bis zur Ernte. Dorit Beck: „Was die Studierenden in den Vorlesungen lernen, in Seminaren modellieren und errechnen, wenden sie bei uns im Labor an.“

Und die Studierenden erleben in der Forschungshalle 62 direkt, welche neuen Lösungen entstehen. Eines der aktuellen Forschungsprojekte von Prof. Dr. Jana Rödig ist „Rapido“, in dem das bei der Rapsherstellung anfallende Rapskernkonzentrat  durch mikrobielle Feststofffermentation veredelt wird. Ziel ist eine neue, alternative Proteinquelle für Lebensmittelanwendungen zu entwickeln. Dazu reichert die Forschungsgruppe mit Hilfe von Mikroorganismen ungewollte Bestandteile im Konzentrat ab und wertvolle Bestandteile wie Proteine in Bioreaktoren der Hochschule an. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt gefördert. 

Dass Bioreaktoren manchmal von Grund auf neu entwickelt werden müssen, zeigte sich im Projekt MOOSstart von Prof. Dr. Claudia Grewe. In dem vom Bundesministerium für Landwirtschaft, Ernährung und Heimat geförderten Vorhaben ging es um eine ungewöhnliche Aufgabe: Torfmoos im Reaktormaßstab zu züchten, um Paludikulturen auf wiedervernässten Moorflächen anzulegen. Denn nur nasse Moore binden Kohlenstoff. Ein etabliertes Verfahren für die Moos-Kultivierung im Reaktor gab es bis dahin nicht. An der Hochschule Anhalt wurde eines entwickelt und erhielt 2026 sogar eine Ehrung durch den Hugo-Junkers-Preis für Forschung und Innovation aus Sachsen-Anhalt.

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