{"id":105941,"date":"2022-03-10T07:37:00","date_gmt":"2022-03-10T06:37:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=105941"},"modified":"2022-03-07T13:44:14","modified_gmt":"2022-03-07T12:44:14","slug":"grune-losungsmittel-und-naturliche-pigmente-zur-herstellung-von-biokunststoff","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/grune-losungsmittel-und-naturliche-pigmente-zur-herstellung-von-biokunststoff\/","title":{"rendered":"“Gr\u00fcne” L\u00f6sungsmittel und nat\u00fcrliche Pigmente zur Herstellung von Biokunststoff"},"content":{"rendered":"\n

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The process is sustainable (right to left: flasks containing astaxanthin, beta-carotene, and a blend of both pigments extracted from P. rhodozyma yeast) Credit: Cassamo Mussagy<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Wissenschaftler aus Brasilien und Portugal haben ein umweltvertr\u00e4gliches Verfahren zur Herstellung von biologisch abbaubarem Kunststoff entwickelt, bei dem Pigmente aus Hefe durch “gr\u00fcne” L\u00f6sungsmittel extrahiert werden. In einem in der Fachzeitschrift Green Chemistry ver\u00f6ffentlichten Artikel zeigen sie, dass dieser biologisch abbaubare Kunststoff in Zukunft in intelligenten Verpackungen mit antioxidativen und antimikrobiellen Eigenschaften verwendet werden k\u00f6nnte.<\/p>\n\n\n\n

Nachhaltige Biokunststoffe, die aus Zuckerrohr, Mais und Kartoffeln hergestellt werden, haben \u00e4hnliche Anwendungsm\u00f6glichkeiten wie herk\u00f6mmliche Kunststoffe aus \u00d6l, Gas und Kohle, deren Zersetzung Hunderte von Jahren dauert.<\/p>\n\n\n\n

Nach mehr als acht Jahren Forschung konnten die Wissenschaftler nachweisen, dass sich mit eutektischen L\u00f6sungsmitteln zwei Carotinoide, Astaxanthin und Beta-Carotin, effizient aus der Biomasse der Hefe Phaffia rhodozyma extrahieren lassen.<\/p>\n\n\n\n

Carotinoide sind eine Klasse von mehr als 750 nat\u00fcrlich vorkommenden Pigmenten, die von Pflanzen, Algen und photosynthetischen Bakterien synthetisiert werden. Sie sind f\u00fcr die gelbe, orangefarbene und rote Farbe vieler Pflanzen verantwortlich. Sie werden u. a. in der Lebensmittel-, Kosmetik- und Pharmaindustrie kommerziell genutzt.<\/p>\n\n\n\n

Den Forschern zufolge k\u00f6nnen eutektische L\u00f6sungsmittel sowohl zur Extraktion der Pigmente als auch zur Herstellung biologisch abbaubarer Kunststofffolien auf der Grundlage bioaktiver St\u00e4rke verwendet werden, ohne dass eine zus\u00e4tzliche Reinigung erforderlich ist.<\/p>\n\n\n\n

“Wir haben den Nachweis erbracht, dass es m\u00f6glich ist, ein nat\u00fcrliches Pigment mit einem nachhaltigen Verfahren herzustellen. Wir haben mit zwei Linien gearbeitet. Die eine war die Herstellung von Pigmenten auf Hefebasis und die Extraktion dieser wirtschaftlich wertvollen Naturstoffe mit eutektischen L\u00f6sungsmitteln, die eine Mischung aus biokompatiblen und biologisch abbaubaren Komponenten sind. Die andere war die Nutzung der Extrakte zur Herstellung von Biomaterialien wie dem Biokunststoff auf St\u00e4rkebasis”, sagte Jorge Fernando Brand\u00e3o Pereira, Professor am Fachbereich Chemieingenieurwesen der School of Science and Technology der Universit\u00e4t Coimbra in Portugal und neben Cassamo Ussemane Mussagy einer der korrespondierenden Autoren des Artikels.<\/p>\n\n\n\n

Die FAPESP unterst\u00fctzte die Forschung \u00fcber vier Projekte (20\/08655-0, 19\/15493-9, 18\/06908-8 und 15\/11759-3).<\/p>\n\n\n\n

Die Forschung ist Teil von Mussagys Postdoc-Arbeit an der Universit\u00e4t von S\u00e3o Paulo (USP) in Zusammenarbeit mit der staatlichen Universit\u00e4t von S\u00e3o Paulo (UNESP) unter der Leitung von Professor Adalberto Pessoa Junior.<\/p>\n\n\n\n

“Wir suchten nach Alternativen zu synthetischen Pigmenten und zu den Extraktionsverfahren, die umweltsch\u00e4dliche L\u00f6sungsmittel verwenden. Wir haben mit nachhaltigen Methoden gearbeitet, um nat\u00fcrliche Pigmente zu gewinnen und sie bei der Herstellung biologisch abbaubarer Kunststoffe unter Verwendung umweltfreundlicher L\u00f6sungsmittel einzusetzen”, erkl\u00e4rte Mussagy gegen\u00fcber Ag\u00eancia FAPESP.<\/p>\n\n\n\n

Pigmente werden seit Jahrhunderten verwendet, um das Aussehen verschiedener Produkte zu verbessern oder wiederherzustellen und die Einheitlichkeit zu gew\u00e4hrleisten. Da die Verbraucher zunehmend nach ges\u00fcnderen oder n\u00e4hrstoffreicheren Produkten suchen und gleichzeitig versuchen, die nat\u00fcrliche Umwelt nicht zu sch\u00e4digen, werden synthetische Pigmente durch nat\u00fcrliche Verbindungen ersetzt, die umweltfreundlich und auch biologisch aktiv sind, da sie antioxidative und antimikrobielle Eigenschaften haben.<\/p>\n\n\n\n

Den Forschern zufolge werden wissenschaftliche Studien, die auf die Herstellung oder Extraktion nat\u00fcrlicher Pigmente aus Mikroorganismen abzielen, dazu beitragen, das Angebot an Biokunststoffen zu erweitern. Diese auch als Biopolymere bezeichneten Produkte machen derzeit weniger als 1 % der mehr als 367 Millionen Tonnen Kunststoff aus, die jedes Jahr weltweit hergestellt werden, so der Verband European Bioplastics, der die Interessen von rund 70 Mitgliedsunternehmen vertritt.<\/p>\n\n\n\n

Einigen Sch\u00e4tzungen zufolge wird die Produktion von Biokunststoffen von 2,42 Tonnen im Jahr 2021 auf 7,59 Millionen Tonnen im Jahr 2026 ansteigen, da die Nachfrage nach alternativen Materialien in der Verpackungs-, Haushaltsger\u00e4te- und Textilindustrie steigt und der Druck zunimmt, die Verwendung von aus Erd\u00f6l gewonnenen Kunststoffen aufgrund von Umweltverschmutzung und nicht abbaubaren Abf\u00e4llen zu reduzieren.<\/p>\n\n\n\n

Die Entwicklung neuartiger Biopolymere steht im Mittelpunkt einer Forschungsgruppe unter der Leitung von Rondinelli Herculano, einem Professor der UNESP, der an der Entwicklung des Biokunststoffs auf St\u00e4rkebasis mitgearbeitet hat.<\/p>\n\n\n\n

Im Jahr 2018 wurden in Brasilien rund 11 Millionen Tonnen Kunststoff weggeworfen, was 13,5 % des Gesamtabfalls des Jahres entspricht und Brasilien zum viertgr\u00f6\u00dften Erzeuger von Kunststoffabf\u00e4llen in der Welt macht. Die Sch\u00e4tzung stammt aus der brasilianischen Ausgabe des Plastic Atlas, der im November 2019 von der Heinrich-B\u00f6ll-Stiftung, einer deutschen NGO, ver\u00f6ffentlicht wird.<\/p>\n\n\n\n

Die Plastikverschmutzung ist eine wachsende Bedrohung f\u00fcr alle \u00d6kosysteme, insbesondere f\u00fcr die Ozeane, wo sie laut den Vereinten Nationen 85 % des Gesamtm\u00fclls ausmacht.<\/p>\n\n\n\n

“Industrielle Produktionsprozesse sind immer aggressiv, auch wenn das Produkt biologisch abbaubar ist”, sagte Pereira. “Papier zum Beispiel ist erneuerbar und recycelbar, aber in fast allen F\u00e4llen wird es mit nicht nachhaltigen Methoden hergestellt, die gro\u00dfe Mengen an Energie, Wasser und giftigen Chemikalien verbrauchen. Unsere Studie zeigt, dass es m\u00f6glich ist, Biokunststoffe \u00fcber eine integrierte und nachhaltige Plattform zu gewinnen”.<\/p>\n\n\n\n

Das Verfahren<\/h3>\n\n\n\n

Die Wissenschaftler produzierten die Carotinoide, indem sie Phaffia rhodozyma in einem Bioreaktor z\u00fcchteten. Anschlie\u00dfend verwendeten sie ionische Fl\u00fcssigkeiten, eutektische L\u00f6sungsmittel auf Cholinbasis und Butters\u00e4ure, um die Pigmente aus der Hefe zu extrahieren. Cholin ist ein Vitamin-B-\u00e4hnlicher N\u00e4hrstoff, der vom menschlichen Organismus produziert wird und in der Natur vorkommt.<\/p>\n\n\n\n

Ionische und eutektische Fl\u00fcssigkeiten gelten als ideale L\u00f6sungsmittel f\u00fcr die Extraktion von Verbindungen aus nat\u00fcrlichen Matrices, vor allem dank ihrer F\u00e4higkeit zur Solvatation, einem Prozess, bei dem L\u00f6sungsmittelmolek\u00fcle gel\u00f6ste Ionen oder Molek\u00fcle umgeben und mit ihnen in Wechselwirkung treten oder eine ionische Verbindung sich in einer polaren Substanz aufl\u00f6st, ohne eine neue zu bilden.<\/p>\n\n\n\n

Um die Gewinnung von Astaxanthin (eines der wichtigsten nat\u00fcrlichen Antioxidantien, das von Hefen und Mikroalgen produziert wird) und Beta-Carotin zu maximieren, testeten die Forscher f\u00fcnf Biomasse-L\u00f6sungsmittel-Konzentrationen (fest-fl\u00fcssig), die als Schl\u00fcsselparameter bei Zellaufschlussverfahren zur Gewinnung von intrazellul\u00e4ren Molek\u00fclen aus mikrobieller Biomasse gelten. Die Konzentration, die in beiden F\u00e4llen anstieg, lag bei bis zu 0,2 g mL-1 der feuchten Hefezellen.<\/p>\n\n\n\n

“Wir haben die Bio-L\u00f6sungsmittel so eingesetzt, dass das Pigment aus der Hefe-Biomasse extrahiert wurde und angewendet werden konnte. Wir stellten fest, dass das L\u00f6sungsmittel mit dem besten Ergebnis sowohl das Pigment aus der Biomasse des Mikroorganismus extrahierte als auch als Weichmacher f\u00fcr Verpackungen diente”, so Val\u00e9ria de Carvalho Santos Ebinuma, Professorin an der UNESP und Mitautorin des “Hot Article” der Gr\u00fcnen Chemie.<\/p>\n\n\n\n

“Wir brauchen st\u00e4ndige langfristige Investitionen, um erstklassige Forschung zu f\u00f6rdern, daher ist die Unterst\u00fctzung der FAPESP wichtig”, sagte Mussagy. “Nach jahrelanger Forschung an der Entwicklung nachhaltiger Verfahren zur Herstellung und Extraktion von Pigmenten aus mikrobiellen Quellen wurde unsere Arbeit von einer Wissenschaftszeitschrift anerkannt, die zu den besten 5 % auf dem Gebiet der Nachhaltigkeit geh\u00f6rt.”<\/p>\n\n\n\n

F\u00fcr Pereira ist der multidisziplin\u00e4re Ansatz, der in der Studie verwendet wurde, wichtig. “Es ist eine Belohnung f\u00fcr Mussagys stetige Bem\u00fchungen und zeigt, wie wichtig die Synergie zwischen Institutionen und Forschern ist”, sagte er.<\/p>\n\n\n\n

Mussagy sagte, die n\u00e4chsten Schritte w\u00fcrden sich auf die Anwendung der Ergebnisse konzentrieren, um zu zeigen, dass Verpackungen aus dieser Art von “gr\u00fcnem” Kunststoff f\u00fcr verschiedene Zwecke verwendet werden k\u00f6nnen, nicht zuletzt in der Lebensmittelindustrie.<\/p>\n\n\n\n

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Originalver\u00f6ffentlichung<\/h3>\n\n\n\n

Cassamo U. Mussagy et al. “Ionic liquids or eutectic solvents? Identifying the best solvents for the extraction of astaxanthin and \u03b2-carotene from Phaffia rhodozyma yeast and preparation of biodegradable films”; Green Chemistry; 2021<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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