Zucker - nicht nur süßes Zeug
Vielseitiger Rohstoff mit Potenzial
Egal ob als Kandis- oder Würfelzucker, ob versteckt in Gummibärchen oder Limo: Zucker versüßt unser tägliches Leben. Und so vielfältig wie die Verwendungsmöglichkeiten im Lebensmittelbereich sind chemisch gesehen die Zucker selbst. Da gibt es Glucose (Traubenzucker), Lactose (Milchzucker), Fructose (Fruchtzucker) und eine Fülle anderer Zucker, die beileibe nicht alle süß schmecken. Wissenschaftler des vTI-Instituts für Agrartechnologie und Biosystemtechnik arbeiten daran, Zucker als natürliche Rohstoffe auch für verschiedene industrielle Verwendungen zu erschließen.
Zum Beispiel im Kosmetikbereich als Selbstbräuner: Erythrulose – ein Zucker, der biotechnisch aus Haushalts- oder Traubenzucker hergestellt werden kann – führt in den oberen Hautschichten zur Braunfärbung. Viele biologische Bräunungspräparate enthalten diese Substanz. In einem Verbundprojekt zusammen mit der Südzucker AG haben die vTI-Wissenschaftler ein neues, zweistufiges Produktionsverfahren entwickelt: Ein spezieller Pilz wandelt die Grundsubstanz zunächst in ein Zwischenprodukt um, das von einem Bakterium zu Erythrulose „weiterverarbeitet“ wird. Mit diesem inzwischen patentierten biotechnischen Verfahren lässt sich eine wesentlich höhere Konzentration und Ausbeute erzielen als bisher. Dazu musste ein an den Produktionsprozess besonders angepasster Bakterienstamm (Gattung Gluconobacter) gefunden werden, und die Rahmenbedingungen wie Temperatur und pH-Wert waren zu optimieren.
Ein noch breiteres Verwendungsgebiet für Zucker erschließt sich, wenn die süße Substanz in Zuckersäure umgewandelt wird. Die aus Traubenzucker gewonnene Gluconsäure begegnet uns im Alltag in den unterschiedlichsten Bereichen: als Abbindeverzögerer für Beton, als Säureregulator in der Kosmetik- und Lebensmittelindustrie und sogar als Hilfsstoff in der Pharmazie. Gluconsäure war bislang die einzige Zuckersäure, die in größerem Maßstab produziert werden konnte, und zwar auf biotechnischem Wege. Am vTI wurde nun ein innovatives chemisches Verfahren entwickelt, mit dem sich auch andere Zucker in organische Säuren umwandeln lassen. Katalysatoren aus winzigen, auf ein Trägermedium fixierten Goldpartikeln sind hier der Schlüssel zum Erfolg. Im Nanobereich (2-5 Nanometer, entspricht 2-5 millionstel Millimeter) weist Gold besondere chemische Eigenschaften auf und kann als Katalysator verschiedene Zucker sehr spezifisch und ohne störende Nebenprodukte in Zuckersäuren umsetzen. Diese Katalysatoren sind kostengünstig in der Herstellung und eröffnen völlig neue Perspektiven, da auch andere Zuckerarten als Traubenzucker verwendet werden können. Das inzwischen patentierte Verfahren wird derzeit in die Praxis umgesetzt; bei der Südzucker AG ging 2010 eine Demonstrations-Anlage im 1000-Tonnen-Maßstab in Betrieb. Zucker als nachwachsender Rohstoff steht damit vor einer „goldenen Zukunft“.