Aus den Reststoffen der Hopfenextraktion gewonnene Polyphenole als natürliche Antioxidantien in Kosmetik- und Lebensmittelformulierungen (Sk-Hop)
Die großtechnische Gewinnung von Polyphenolen ist von stetig wachsendem Interesse, da in den nächsten Jahren die synthetischen Antioxidantien zunehmend in der EU verboten werden und schon jetzt von den Verbraucher:innen immer mehr abgelehnt werden. Bei der Herstellung eines ethanolischen Hopfenextrakts für die Brauindustrie fällt als Reststoff der sogenannte Gerbstoffextrakt an, welcher ein vielversprechender Lieferant für Polyphenole ist und derzeit noch keiner ökonomisch sinnvollen Nutzung zugeführt wird. Im Rahmen dieses Vorhabens soll der Reststoff aufgereinigt werden und als Quelle für natürliche Antioxidantien in Kosmetik und Lebensmitteln als Stabilisator, Konservierungsstoff oder aufgrund ihrer positiven Wirkung auf die Gesundheit einformuliert werden.
Hintergrund und Motivation
Pflanzen als Rohstoff und naturstoffbasierte Produkte nehmen eine Schlüsselrolle beim Umbau der Wirtschaft hin zu einer nachhaltigen Bioökonomie ein. Der demographische Wandel, der Lebensstil, der die Gesunderhaltung im Alter im Blick hat und steigendes Interesse der Bevölkerung an naturnahen (regionalen) Produkten für Ernährung und „Commodities“ tragen stark zu diesem Wandel bei.
Polyphenole, welche zu den sekundären Pflanzeninhaltsstoffen zählen, stehen gegenwärtig im Fokus verschiedenster Forschungsprojekte, da sie hohe antioxidative Aktivität aufweisen, antikarzinogen, antiinflammatorisch und cardioprotektiv wirken. Aus diesem Grund werden Polyphenole in Form von Tabletten, Kapseln, Pulvern oder Flüssigkonzentraten als Nahrungsergänzungsmittel angeboten, Lebensmittel werden direkt mit Polyphenolen versetzt bzw. deren Gehalt wird angereichert (Functional Food). Auch werden Polyphenole für kosmetische und pharmazeutische Zwecke in Cremes oder Salben formuliert, um die menschliche Haut vor oxidativem Stress, vorzeitigem Altern und Hautkrankheiten zu schützen.
Bisher wird schwerpunktmäßig an den Biosynthesen von Polyphenolen, deren Analytik sowie deren Wirkungen und Wirkmechanismen in vitro und in vivo geforscht. Nur wenige Veröffentlichungen beschäftigen sich mit der Isolierung und Aufreinigung der technischen Polyphenole im industriellen Maßstab. Der Bedarf größerer Mengen ist jedoch gegeben, da in den nächsten Jahren die bisher hauptsächlich verwendeten, synthetischen Antioxidantien zunehmend in der EU verboten werden, sodass die großtechnische Gewinnung natürlicher Polyphenole, wie auch die anschließende Formulierung dieser in Erzeugnissen der Lebensmittelindustrie, Kosmetik und Pharmazie von stetig wachsendem Interesse sein wird.
Weltweit werden für Brauzwecke haltbare, jahreszeitlich unabhängig verfügbare Hopfenextrakte benötigt. Eines der größten Hopfenanbaugebiete liegt in der Hallertau im Herzen Bayerns, das mit 2.400 km2 weltweit größte zusammenhängende Anbaugebiet überhaupt. Für die Brauindustrie stellt die Hallertauer Hopfenveredelungsgesellschaft mbH (HHV) sowohl einen Kohlendioxid-Extrakt wie auch als einziges Unternehmen weltweit einen ethanolischen Extrakt her. Bei der Extraktion von Hopfen mit Ethanol fällt als Reststoff der sogenannte „Gerbstoffextrakt“ an, welcher ein vielversprechender Lieferant für Polyphenole ist und derzeit noch keiner ökonomisch sinnvollen Nutzung zugeführt wird, da es keine
umsetzbare Lösung zu seiner Aufarbeitung gibt. Zur Entsorgung wird dieser Reststoff derzeit teilweise mit den pflanzlichen Rückständen aus der Extraktion gemischt, die als kostengünstiges Basismaterial in der Futtermittelindustrie Absatz finden.
Obwohl der Gerbstoffextrakt auch eine vergärbare wasserlösliche Zuckerfraktion enthält, ist die Entsorgung als Co-Substrat zur Fermentation in Biogasanlagen problematisch, denn hier erweisen sich die Polyphenole als störend.Der Gerbstoffextrakt stellt das Ausgangsmaterial des vorliegenden Forschungsprojekts dar, da im Sinne einer wertschöpfenden Nutzung von Reststoffen gemäß dem Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz die Notwendigkeit besteht, alternative Verwendungsstrategien zu etablieren.
Der Gerbstoffextrakt stellt das Ausgangsmaterial des vorliegenden Forschungsprojekts dar, da im Sinne einer wertschöpfenden Nutzung von Reststoffen gemäß dem Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz die Notwendigkeit besteht, alternative Verwendungsstrategien zu etablieren. Ein neues Prozessschema, in dem der Gesamtbestand an Naturstoffen des Hopfens für eine Nutzung aufbereitet und angeboten wird, würde zu einem Bioraffinerie ähnlichen Betriebsmodus führen sowie zu nachhaltiger biobasierter Wirtschaftsweise beitragen, die Basis für eine innovative Produktpalette darstellen und möglicherweise sogar zukunftsweisende medizinische Entwicklungen befördern können. Die Reststoffe sind in großem Maßstab verfügbar (ca. 200 Tonnen/a), und aufgrund der landwirtschaftlichen Qualitätsstandards in Deutschland und der Marktführerschaft der verarbeitenden Industrie sollte der Hopfen auch in Zukunft geeignet sein, Quelle für weitere innovative Produkte zu werden.
Ziele des Vorhabens
Als Ziele können formuliert werden:
- Etablierung eines neuen Verfahrens zur Aufarbeitung der Reststoffe der Hopfenindustrie, des sog. Gerbstoffextrakts
- Entwicklung einer neuen Produktpalette (Fraktionen mit möglichst hohen Gehalten an Gesamt- oder Einzel-Polyphenolen aus Hopfen)
- Formulierung der gewonnenen Fraktionen in Entwicklungsmuster
Für Zwecke der Lebensmittel- und Kosmetikindustrie sollen stark antioxidativ wirkende Polyphenole mit wenig pharmakologischer Aktivität in einem neu entwickelten polyphenolreichen Extrakt zusammengefasst werden. Diese Extrakte sollen als Ersatz für synthetische Antioxidantien wie Butylhydroxytoluol (BHT) dienen, da diese im Verdacht stehen krebserregend zu sein, aber dennoch, aufgrund mangelnder Alternativen, in zahlreichen Verbraucherprodukten eingesetzt werden.
