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Nachhaltige Aromastoff-Synthese mit Lignin Vanilleduft aus Holzabfall

| Autor / Redakteur: Petra Giegerich* / Christian Lüttmann

Ob in frisch gebackenen Weihnachtsplätzchen oder süß duftenden Badelotions – Vanillin ist als Hauptaromastoff der Gewürzvanille in vielen Produkten enthalten. Mithilfe chemischer Verfahren lässt er sich preisgünstig aus verschiedenen Rohstoffen herstellen. Ein besonders nachhaltiges Verfahren, basierend auf Reststoffen der Papierherstellung, haben nun Mainzer Forscher entwickelt.

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Das typische Vanillearoma beruht auf Vanillin, einem Aromastoff, der sich kostengünstig chemisch produzieren lässt (Symbolbild).
Das typische Vanillearoma beruht auf Vanillin, einem Aromastoff, der sich kostengünstig chemisch produzieren lässt (Symbolbild).
(Bild: gemeinfrei, Chelsea Audibert / Unsplash)

Mainz –Vanillin ist weltweit der mengenmäßig bedeutendste Aromastoff. Mehrere zehntausend Tonnen davon werden pro Jahr für die Produktion von Lebensmitteln, Kosmetika und Medikamenten verwendet. Bisher wird es unter anderem aus Erdöl gewonnen, wobei jedoch giftige Abfälle entstehen, die nur schwer zu entsorgen sind.

Ein schonenderes Verfahren basiert auf der Herstellung aus Lignin. Diese Substanz fällt jährlich im Umfang von mehr als 100 Millionen Tonnen als Abfall bei der Zellstoffherstellung an und wird dann im Wesentlichen verbrannt.

Laut Prof. Dr. Siegfried Waldvogel, Sprecher des Spitzenforschungsbereichs „SusInnoScience“ der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU), ist das bisher bestehende Verfahren zur Vanillinherstellung aus Lignin jedoch unter anderem wegen der Verwendung von Kupfer vergleichsweise teurer. Außerdem könne dafür nur ein kleiner Teil des bei der Zellstoffherstellung anfallenden Lignins verwendet werden.

Wie mit Strom und Natronlauge aus Holzabfall Vanillin wird

Gemeinsam mit einem Forscherteam der JGU hat Waldvogel nun eine neue, nachhaltige Methode zur Gewinnung des Aromastoffs Vanillin aus dem Holzbestandteil Lignin entwickelt. „Nach jahrelanger intensiver Forschung ist uns damit ein echter Durchbruch gelungen“, sagt der Wissenschaftler. Er ist überzeugt, dass das neue Verfahren „signifikant besser ist“ als die bisherigen Methoden zur Vanillingewinnung – nicht nur weil dabei kein giftiger Abfall entstehe, sondern auch weil es vergleichbaren Methoden wirtschaftlich überlegen sei.

An der JGU entwickelte Elektrolysezelle zur Gewinnung von Vanillin aus Lignin
An der JGU entwickelte Elektrolysezelle zur Gewinnung von Vanillin aus Lignin
(Bild: Michael Zirbes, JGU)

Um aus dem Abfallprodukt der Papierindustrie den weltweit begehrten Aromastoff zu erzeugen, geben die Wissenschaftler Lignin in Natronlauge, erhitzen das Gemisch auf 160 °C und setzen es in einer einfachen Elektrolysezelle mithilfe von Nickel-Elektroden unter Strom. Dadurch wird das Lignin oxidiert und zersetzt – es entsteht Vanillin. Das Endprodukt ist nach Angaben der Forscher so hochwertig ist, dass es als „natürliches Vanillin“ deklariert werden darf.

Theoretisch könnte alles Vanillin aus Holzresten gewonnen werden

„Weil unsere Methode einen Vanillinertrag von rund vier Prozent des eingesetzten Lignins hat, könnte man damit theoretisch sehr leicht den weltweiten Vanillinbedarf decken“, sagt Waldvogel. Im EU-Projekt „Liberate“ soll das bisher nur im Labor angewandte Verfahren bald in größerem Umfang getestet werden. Dazu wird zurzeit bei dem norwegischen Forschungsinstitut Sintef eine Pilotanlage gebaut.

Außerdem will Waldvogel prüfen, ob sich die neue Methode noch verbessern lässt, indem das Vanillin nicht erst aus dem reinen Lignin, sondern direkt aus der so genannten Schwarzlauge gewonnen wird, einem bei der Holzverarbeitung in Zellstoffwerken anfallenden Vorprodukt mit Lignin.

Originalpublikation: Yunus Alapan, Ugur Bozuyuk, Pelin Erkoc, Alp Can Karacakol and Metin Sitti: Multifunctional surface microrollers for targeted cargo delivery in physiological blood flow, Science Robotics 20 May 2020: Vol. 5, Issue 42, DOI: 10.1126/scirobotics.aba5726

* P. Giegerich, Johannes-Gutenberg-Universität, 55122 Mainz

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