Recycling deluxe: Vanillearoma aus dem Kuhstall

In der Industrie wird der Aromastoff Vanillin häufig synthetisch aus Isoeugenol hergestellt. 2007 hat die Japanerin Mayu Yamamoto einen neuen, sehr ungewöhnlichen und nachhaltigen Weg entdeckt: Sie gewann Vanillin aus Kuhmist. Für ihre Extraktionsmethode mit überkritischem Wasser gewann die japanische Forscherin 2007 sogar den Ig-Nobelpreis für Chemie.

Wie gewinnt man natürliches Vanillearoma?
Für die Herstellung von natürlichem Vanillin gibt es heute zwei Herstellungsmethoden. Oft wird es direkt aus der Vanillepflanze gewonnen. Das Aroma steckt dabei in der Vanilleschote. Doch der Prozess, bis aus der Vanilleschote das Gewürz entsteht, dauert lang und ist aufwändig.

Als zweite Möglichkeit lässt sich natürliches Vanillearoma auch aus Zellstoff, einem Abfallprodukt der Industrie, gewinnen. Dazu wird mit überkritischem Wasser das Lignin aus dem Zellstoff extrahiert.

40.000 Tonnen tierische Ausscheidungen als Inspiration
Als Reaktion auf eines der größten Entsorgungsprobleme Japans, verabschiedete die japanische Regierung 2004 das „Gesetz über die angemessene Behandlung und Förderung der Verwertung von Viehdung“. Denn jährlich fallen hier bis zu 40.000 Tonnen Viehdung an.

Eine Möglichkeit, die Anforderungen dieses Gesetzes zu erfüllen, ist die Nutzung des Viehdungs zur Energiegewinnung. Aber es gibt auch andere: das Abfallprodukt einfach in nützliche Produkte umzuwandeln, zum Beispiel in pflanzliches Polyphenol für die Industrie. Mit anderen Worten: als Ausgangsstoff für eine einfache Methode der Vanillin-Herstellung!

Denn Viehdung enthält eine große Menge an unverdaulichen Ligninfasern, ein Biopolymer mit Helixstruktur. Dieses pflanzliche Polyphenol lässt sich nach Nakahara mit überkritischem Wasser aus Zellstoff extrahieren und ist sehr nützlich als Zwischenstoff in der Medizin und für Aromastoffe.

Extraktion von Vanillin mit überkritischem Wasser
Pflanzenfressende Tiere wie Kühe, Pferde und Ziegen können Lignin nur schwer verdauen. Ihnen fehlen die Mikroorganismen, die das Lignin bei fleischfressenden Tieren zersetzen. Das kam Mayu Yamamoto gerade recht: Sie mischte im Experiment Viehdung mit Wasser, setzte es in einen Reaktor mit überkritischem Wasser ein und erhitzte es.

Nach dem Abkühlen untersuchte sie mit ihrem Team die Produkte in einer wässrigen Lösung mit einem Hochleistungsflüssigkeitschromatographen (HPLC). Nach 56 Minuten zeigte das HPLC-Profil den gewünschten Ausschlag für Vanillin!

Nach mehreren Vergleichsexperimenten stand schließlich fest: Am größten ist der Vanillin-Ertrag, wenn der Reaktor auf 250 °C erhitzt wird. Insgesamt entstand in der Versuchsreihe immer etwa 50 µg Vanillin aus einem Gramm Mist. Aus 40.000 Tonnen japanischem Viehdung lassen sich so bis zu 2 Tonnen Vanillin gewinnen. Diese Entdeckung verdient neben einem Ig-Nobelpreis ohne Frage die Bezeichnung „Recycling deluxe“!

 

Quelle: Mayu Yamamoto, Yasuhiro Futamura, Kouki Fujioka, and Kenji Yamamoto: „Novel Production Method for Plant Polyphenol from Livestock Excrement Using Subcritical Water Reaction“.

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