Dr.-Ing. Susanne Zibek
Tel: +49 711 970-4167
E-Mail schreiben

30.04.2022

Untersuchungen zur Stabilität ergaben, dass frische, zerkleinerte Wurzelrüben gefroren werden sollten. Alternativ können diese zunächst getrocknet und bei Raumtemperatur gelagert werden. Die geeignete Temperatur für eine Heißwasser-Extraktion sollte mindestens 80 °C für 15 min betragen. Eine Extraktion unter Zugabe von Inulinase bietet gegenüber der unkatalysierten und der Extraktion bei leicht saurem pH den Vorteil, dass man eine dreifach höhere Ausbeute an Gesamtzuckern erhalten kann. Zudem sind die ItF bereits in Fructose und Glucose degradiert. Das Fraunhofer IGB konnte den Projektpartnern zudem größere Mengen an Fructose-haltiger (> 40 g L-1) Lösungen, durch den Scale-up der enzym-unterstützten Extraktionen in den 10 L-Maßstab, zur Verfügung stellen. Es wurden nur geringe Mengen von Komponenten wie Proteine und Phenole in Summe in den Extrakten nachgewiesen, was das Risiko während der HTD mindert. Beim Einsatz der Fructose-basierten HMF-Lösung, welche weitere Nebenprodukte wie Zuckermonomere, organische Säuren und Aldehyde enthielt, konnte das HMF während der fed-batch Phase zur einer maximalen FDCA-Konzentration von 27 g L-1 oxidiert werden. Der Einsatz von MeOH zur Aufreinigung resultierte zwar in nur 91 % Reinheit, aber in einer höheren Ausbeute.

In diesem Teilvorhaben wurde zum einen ein Verfahren zur präparativen Extraktion von Inulin-bürtigen Fructanen (engl. Inulin-type Fructans – ItF) sowie eine Heißwasser-Extraktion bis in den 10 L-Maßstab aus Chicorée-Treibereiabfällen, die in diesem Projekt durch die Birkenhof Gemüse GmbH & Co. KG zur Verfügung gestellt werden, entwickelt, untersucht und optimiert (Teilprojekt 2). Gegenüber dem Stand der Technik ist nicht das ItF das Zwischenprodukt, sondern die Fructose, was hinsichtlich der Extraktionsbedingungen von Vorteil ist. Hier können Enzyme oder saure Bedingungen genutzt werden, wobei eine Degradation des ItFs bei der konventionellen Gewinnung nicht erwünscht ist. Zudem stellen die Chicorée-Treibereiabfälle eine Ressource dar, die bisher bzgl. der stofflichen Nutzung noch nicht im Mittelpunkt der Forschung stand. Dabei spielte ebenfalls die Entwicklung einer Methode zur Flüssigkeitschromatographie zur Bestimmung der ursprünglichen ItF-Konzentration sowie des mittleren Depolymerisationsgrades (DP) über die Detektion der Monomere Fructose und Glucose eine Rolle. Weiterhin wurde eine Begleitstoffanalytik nach Bradford- und Folin-Ciocalteau-Assay zur Bestimmung von Proteinen und Phenolen, die Folgereaktionen während der Hydrothermalen Dehydratisierung (HTD) mit den Monomeren eingehen und somit die HMF-Ausbeute mindern. Zum anderen wurde ein biotechnologischer Prozess für die Oxidation von HMF zu FDCA entwickelt, untersucht und optimiert, bei dem bereits die Zusammensetzung des Chicorée-Wurzelextraktes eine entcheidende Rolle spielt. Bisherige Forschungsarbeiten konzentrierten sich nämlich auf die Umsetzung von reinem HMF, wobei in diesem Projekt die Einbettung der Arbeiten dynamisch im Rahmen der gegebenen Wertschöpfungskette erfolgt.