Schaufenster Bioökonomie
Meeresalgen als nachhaltige Rohstoffquelle

19.11.2020 Ein EU-Forschungsprojekt mit Beteiligung der Uni Hohenheim sucht nach neuen, nachhaltigen Lebensmittelzusätzen und Verpackungsmaterialien aus Algen und Seegräsern.

Die Uni Hohenheim forscht zur Verwendung von Algen.
© Foto: Universität Hohenheim / Astrid Untermann
Die Uni Hohenheim forscht zur Verwendung von Algen.

Algen dienen der Industrie schon heute als Rohstoffquelle für Stabilisatoren oder Verdickungs- und Geliermittel, wie Agar, Alginat und Carrageen. Immer stärker in das Interesse der Forschung rückt aber auch ihr Potenzial als Kohlenhydratlieferanten für Biokunststoffe. Diese sind nicht nur biologisch abbaubar, sondern können durch zusätzliche Eigenschaften dazu beitragen, dass darin verpackte Lebensmittel länger haltbar sind. Aktuell sind die gängigen Extraktionsverfahren allerdings sehr ineffizient. In dem von der EU geförderten Forschungsprojekt BIOCARB-4-FOOD suchen Forscherinnen und Forscher nun nach nachhaltigeren Prozessen für die Gewinnung von Kohlenhydraten aus sogenannten Makroalgen, also großen Algenarten, und auch Seegras. Dabei gehen sie sowohl der Frage nach, wie diese Stoffe aus dem Rohmaterial gewonnen werden können, als auch, wie die Rückstände der schon bestehenden Extraktionsverfahren weiter genutzt und verarbeitet werden können.

 

„Wir suchen nach alternativen natürlichen Ressourcen wie Algen und Meerespflanzen. Nicht nur weil sie im Überfluss vorhanden sind, sondern auch weil sie eine große Anzahl potenziell interessanter Verbindungen aufweisen“, erklärt Dr. Amparo Lopez-Rubio vom Institut für Agrochemie und Lebensmitteltechnologie (IATA-CSIC) in Valencia, Spanien, und Koordinatorin des Projekts BIOCARB-4-FOOD.

 

„Schon heute erwirtschaftet die Algenindustrie weltweit einen Umsatz von ca. 7,4 Milliarden Dollar (rund 6,3 Milliarden Euro) ‒ mit steigender Tendenz. Denn aufgrund ihrer besonderen physikalisch-chemischen und biologischen Eigenschaften wächst auch das Interesse der Lebensmittel- und Pharmaindustrie an Verbindungen, die aus Algen gewonnen werden“, erläutert Dr. Nadja Reinhardt vom Forschungszentrum für Bioökonomie der Universität Hohenheim, das die Kommunikation zu dem Projekt übernommen hat.

 

So sollen in einer Teilaufgabe von BIOCARB-4-FOOD neuartige Extrakte gewonnen werden, die als Lebensmittelzutaten verwendet werden können – weit über den Einsatz als Gelier- oder Verdickungsmittel hinaus. Denn aufgrund der spezifischen Eigenschaften dieser Algen-Kohlenhydrate, auch als Phycokolloide bezeichnet, sehen die Wissenschaftler auch das Potenzial, sie als smarte Verpackungsmaterialien einzusetzen.

 

Potenzial besser ausschöpfen ‒ für mehr Nachhaltigkeit und Wettbewerbsfähigkeit

 

Allerdings sind die derzeitigen Verfahren zur Kohlenhydratgewinnung aus Algen äußerst ineffizient, sowohl was die Verarbeitungszeit als auch den Wasser- und Energieverbrauch angeht. Darüber hinaus wird die verbleibende Biomasse ‒ in der Regel viel mehr als 50 % des Ausgangsmaterials ‒ als Kompost verwendet oder einfach als organischer Abfall entsorgt.

 

Kernaufgabe der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im BIOCARB-4-FOOD-Projekt ist es deshalb zum einen, neuartige, umweltfreundliche und effizientere Extraktionsmethoden wie beispielsweise Ultraschall, Mikrowellen und Enzyme zu erforschen und miteinander zu kombinieren, um den Prozess zu optimieren.

 

Zum anderen soll die Ressourceneffizienz verbessert werden, indem die nach der Extraktion verbleibende Biomasse, die immer noch reich an bioaktiven Verbindungen ist, zur Gewinnung von Kohlenhydraten und Fasern wie Zellulose und Nanozellulose genutzt wird.

 

Dabei haben die Forschenden nicht nur die bereits kommerziell genutzten Meeresalgenarten im Blick, sondern auch bislang wenig bis gar nicht verwendete Rohstoffe wie zum Beispiel Seegras. Die effizientere Rohstoffnutzung soll auch dazu beitragen, die Wettbewerbsfähigkeit von Algen-, Seetang-, Lebensmittel- und Non-Food-Unternehmen in der EU zu verbessern.

 

Abschließend werden die entstandenen Produkte auf ihre Eigenschaften wie Struktur, Bioaktivität, Toxizität und technologische Verwendbarkeit untersucht und über eine Ökobilanz (Life Cycle Assessment) die Nachhaltigkeit der Verfahren überprüft.

 

Vielversprechende Ergebnisse

 

Die bisherigen Ergebnisse von BIOCARB-4-FOOD seien vielversprechend: Versuche mit der Mittelmeer-Rotalge Gelidium sesquipedale zeigen, dass die Agar-Gewinnung wesentlich vereinfacht werden kann, wenn eine Heißwasserbehandlung mit Ultraschall kombiniert wird. So kann die Extraktionszeit im Vergleich zu herkömmlichen Methoden um das Vierfache verkürzt werden – und dies ohne die Extraktionsausbeute und die physikalisch-chemischen Eigenschaften der Produkte wesentlich zu beeinträchtigen.

 

Durch die kürzeren Extraktionszeiten und die bessere Ausbeute werden nicht nur Emissionen und Kosten gesenkt: Erste Berechnungen zeigen, dass der ökologische Fußabdruck für die Agar-Produktion insgesamt auf rund ein Fünftel sinkt.

 

„Leider konnten wir dies bisher aber nur im Labormaßstab testen“, bedauert Dr. Lopez-Rubio. „Die beteiligten Unternehmen in unserem Konsortium arbeiten an einem Upscaling, damit die in unseren Labors erzielten Ergebnisse auch auf die industrielle Produktion übertragen werden können.“

BIOCARB-4-FOOD ist ausgestattet mit einem Budget von einer Million Euro und läuft von September 2018 bis September 2021.

 

www.uni-hohenheim.de

 

 

 

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