Biotenside: Eine nachhaltige Alternative für Reinigungs- und Körperpflegemittel

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Eine Alternative zu chemisch synthetisierten Tensiden in Spülmittel,
Haushaltsreiniger oder Duschgel sind mikrobielle Biotenside. Nach vielen
Jahren intensiver Forschung und Entwicklung stellt das Fraunhofer-Institut
für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB nun Muster hochreiner
Glykolipid-Biotenside bereit – vielseitig einsetzbar, biologisch abbaubar
und hergestellt aus heimischen nachwachsenden Roh- und Reststoffen.

Die
Optimierung der Biotenside wurde auch im Rahmen des Projekts »Allianz
Biotenside« erforscht. Die strategische Allianz von Partnern aus Forschung
und Industrie präsentiert ihre Ergebnisse auf einer Abschlusskonferenz am
4. Februar 2026 in Stuttgart.

Tenside sind als vielseitige Helfer aus unserem Alltag nicht wegzudenken:
Die oberflächenaktiven Substanzen sorgen dafür, dass Fett und Schmutz sich
lösen, Haarwaschmittel schäumen und Öl-Wasser-Gemische in Cremes stabile
Emulsionen bilden. Weltweit werden pro Jahr mehr als 18 Millionen Tonnen
Tenside synthetisiert, die meisten aus fossilen Rohstoffen. Hersteller
setzen durchaus vermehrt auf abbaubare pflanzliche Rohstoffe, doch kommen
bei der Herstellung von biobasierten Tensiden vor allem tropische Öle wie
Kokosnussöl und Palm(kern)öl zum Einsatz. Wenn diese Substrate aus
Kulturen auf den Flächen ehemaliger Regenwälder stammen, hat dies negative
Folgen für Klima und Biodiversität.

Alternativen sind gefragt, auch aufgrund der gestiegenen Nachfrage nach
»grünen« und nachhaltigen Produkten. »Einige Mikroorganismen bilden unter
natürlichen Bedingungen eine Vielzahl oberflächenaktiver Substanzen. Diese
mikrobiellen Biotenside zeichnen sich durch eine große Strukturvielfalt
und damit vielgestaltige Einsatzmöglichkeiten aus und sind zudem
biologisch abbaubar«, weiß Dr.-Ing. Susanne Zibek vom Fraunhofer-Institut
für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart. Seit vielen
Jahren forscht die Wissenschaftlerin mit ihrer Arbeitsgruppe daran, die
biotechnologische Herstellung von Biotensiden zu optimieren, damit diese
auch wirtschaftlich wettbewerbsfähig werden.

Vielversprechende Glykolipid-Biotenside

Zibek untersucht am Fraunhofer IGB Vertreter von Glykolipid-Biotensiden,
die aus einem Zucker als hydrophiler Kopfgruppe und einem (oder mehreren)
Fettsäureester als hydrophobem Rest bestehen: Cellobioselipide (CL) und
Mannosylerythritollipide (MEL). Sie werden von Mikroorganismen aus der
Familie der Brandpilzverwandten (Ustilaginaceae), wie zum Beispiel
Ustilago- oder Moesziomyces-Spezies, in größeren Mengen gebildet.

»Für die Herstellung können wir erneuerbare Substrate wie Zucker oder
regional verfügbare Pflanzenöle einsetzen«, so die technische Biologin und
Ingenieurin. Neben den für alle Tenside typischen, die Oberflächenspannung
von Wasser reduzierenden Eigenschaften, zeichnen sich einige mikrobielle
Glykolipide auch durch antibakterielle, antimykotische und antivirale
Eigenschaften aus, was sie für einen Einsatz in Kosmetik oder
Pflanzenschutz prädestiniert.

Optimierte biotechnologische Herstellung aus heimischen Roh- und
Reststoffen

Zur Herstellung der mikrobiellen Glykolipide werden die Mikroorganismen in
Bioreaktoren kultiviert und mit Zucker und Pflanzenöl als Substrate
gefüttert. »Entscheidend für ein optimales Wachstum der Mikroorganismen
und eine effiziente Produktbildung sind definierte und konstante
Bedingungen im Bioreaktor. Daher müssen pH-Wert, Temperatur und
Sauerstoffgehalt sowie die Konzentration von Nährstoffen und Substrat am
besten kontinuierlich gemessen und geregelt werden«, erklärt Zibek.

In zahlreichen nationalen und internationalen Forschungsprojekten sowie
verschiedenen Doktorarbeiten in Kooperation mit dem Institut für
Grenzflächenverfahrenstechnik und Plasmatechnologie (IGVP) der Universität
Stuttgart ist es Zibek und ihrem Team gelungen, die am besten geeigneten
Produktionsstämme zu charakterisieren sowie die gesamte Prozessführung zu
optimieren und damit stabile Fermentationsverfahren zu etablieren. Die
Wirtschaftlichkeit und Reproduzierbarkeit des Herstellungsverfahrens
konnten die Forschenden verbessern, indem sie beispielsweise ein teures
und chargenabhängiges Komplexmedium durch ein neu definiertes
Mineralsalzmedium ersetzten.

Weiteres Potenzial liegt in der Verwendung kostengünstiger Substrate, etwa
aus heimischen Rohstoffen oder biogenen Reststoffen. »Wir können unsere
Glykolipide mit Zuckern aus Stroh- und Holz-Reststoffen sowie mit
heimischem Rapsöl oder Insektenfett aus der Insekten-Bioraffinerie, in der
Fliegenlarven organische Abfälle in Fett und Proteine umwandeln,
herstellen«, sagt Zibek. Parallel untersuchte die Ingenieurin verschiedene
Verfahren zur effizienten Abtrennung und Aufreinigung der Biotenside und
kombinierte sie miteinander, um Biotenside in hochreiner Form (> 95
Prozent) zu produzieren.
Biotensid-Muster für Testformulierungen und Anwendungstests

Mit verbesserten Ausbeuten und einem robusten und skalierbaren
Fermentationsprozess kann das Team nun Glykolipid-Biotenside mit
definierter Zusammensetzung und entsprechenden Eigenschaftsprofilen in
Reaktoren bis 75 Liter Nennvolumen herstellen. Ein Scale-up auf den 300
-Liter-Maßstab ist in Planung. »Durch Variation des Produzentenstamms
können wir zudem verschiedene Strukturvarianten der MEL- und CL-Biotenside
herstellen«, erläutert Zibek. Aktuell erreicht das Team
Produktkonzentrationen von über 20 Gramm pro Liter für CL und bis zu 50
Gramm pro Liter für MEL. »Zusätzlich können wir die Glykolipide je nach
Anforderung chemisch oder enzymatisch modifizieren, etwa um
Wasserlöslichkeit oder Emulgierfähigkeit zu variieren und unterstützen bei
der Formulierung«, so Zibek.

Damit öffnet das Fraunhofer IGB die Tür für Industriepartner, die
Biotenside für ihre spezifischen Anwendungen testen wollen – ob in
Waschmittel, Haushaltsreiniger, als Zusatz in Körperpflege- und
Kosmetikprodukten oder in Spezialanwendungen.

Strategische Allianz aus Forschung und Industrie

Mit dem Projekt »Innovationsallianz Funktionsoptimierte Biotenside«
initiierte die Bioingenieurin eine Allianz, in der neben Partnern aus der
Forschung auch Firmen aus der Prozesstechnik und Chemieindustrie beteiligt
waren. Ziel des Konsortiums war es, die ganze Wertschöpfungskette von
Biotensiden zu untersuchen: von der Eignung heimischer nachwachsender Roh-
und Reststoffe als Substrate, über Mess- und Regeltechnik zur Optimierung
des Fermentationsprozesses bis zur Untersuchung der Eigenschaften und
Anwendungsprofile sowie einer Ökobilanzierung der Biotenside. Das Projekt
wurde in zwei Phasen vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und
Raumfahrt (BMFTR) gefördert (www.allianz-biotenside.de).

Abschlusskonferenz der Allianz Biotenside im Februar 2026

Am 4. Februar 2026 lädt das Fraunhofer IGB zur Abschlusskonferenz der
namhaften Allianz-Partner nach Stuttgart ein. Diese präsentieren hier
erstmals ihre Ergebnisse aus sieben Jahren Forschung und zeigen auf, wie
sich Biotenside aus verschiedenen Rohstoffen mit robusten, regel- und
steuerbaren Fermentations- und Aufarbeitungsverfahren skalierbar
herstellen lassen. Anwender stellen ausgewählte Use-Cases vor – mit
Einblicken in Formulierbarkeit, Leistungsprofile und
Nachhaltigkeitsaspekte.