Ob in Backwaren, Schokolade oder der Parfüm- und Pharmaindustrie: Vanillin ist der weltweit am häufigsten eingesetzte Aromastoff. Er stammt aus den Vanilleschoten, eine Alternative ist technisch synthetisiertes Vanillin. Chemiker des Grazer ACIB haben eine Methode entwickelt, wie Piperonal, ein nach Vanille riechender Duftstoff, umweltschonend hergestellt werden kann.
Weil die Menge der jährlich geernteten Vanilleschoten schon längst nicht mehr für die weltweite Nachfrage ausreicht, sind mittlerweile in den meisten Produkten synthetische Duftmischungen enthalten. In vielen Fällen greifen die Produzenten von Nahrungsmitteln, Hygieneartikeln oder auch Tabakwaren auf chemisch hergestelltes Piperonal zurück. Der Prozess läuft jedoch nicht ohne umweltschädliche Chemikalien ab, wie das Austrian Centre of Industrial Biotechnology (ACIB) am Donnerstag mitteilte.
Das Grazer Forscherteam ist in Zusammenarbeit mit dem Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Boston (USA) auf eine Möglichkeit gestoßen, wie der nach Vanille und Mandeln riechende Aromastoff Piperonal mittels biotechnologischer Methoden umweltfreundlicher produziert werden kann. Um die Substanz synthetisch herzustellen, sind mehrstufige Verfahren und aufwendige Reinigungsprozesse notwendig, schilderte ACIB-Mitarbeiterin Margit Winkler. Das wiederum ziehe unerwünschte Abfälle mit sich und sei ressourcen- und energieintensiv sowie teuer.
Suche nach neuen Verfahren
Das Grazer Kompetenzzentrum für industrielle Biotechnologie hat sich darauf spezialisiert, traditionelle chemische Verfahren durch neue, umweltfreundlichere und ökonomische Prozesse zu ersetzen. Sie suchen nach Wegen, mithilfe von "biokatalytischer Synthese" die Produktionsprozesse zu vereinfachen und umweltschonender zu gestalten. In der chemischen Reaktion werden Enzyme eingesetzt. Dies sind spezielle Proteine, die als biologische Katalysatoren fungieren und zum Beispiel in der Natur von Bakterien und Pilzen zum Spalten und Abbau von langkettigen Molekülen genutzt werden. Im speziellen Fall hat es die Grazer Biotechnologin geschafft, das Endprodukt Piperonal aus Piperonylsäure in einem einstufigen Prozess herzustellen. "Und das zu hundert Prozent rein", wie betont wurde.
Verantwortlich für den Duft vieler Parfümzusatzstoffe wie Piperonal sind Aldehyde. Je nach Molekülstruktur bilden sie unterschiedliche Aromen aus. "Wir verwenden ein vom MIT zur Verfügung gestelltes Enzym, das bereits in den 1960er-Jahren aus dem Pilz Neurospora crassa isoliert worden ist". Am ACIB habe man es erstmals so eingesetzt, dass es Aldehyde sehr selektiv produzieren kann, erklärte Winkler. Zur Akkumulation der reaktiven Aldehyde wurde ein eigens designter Escherichia coli Stamm herangezogen. Die neue Reaktion komme ohne Beigabe von Lösungsmitteln aus und laufe bei 28 Grad Celsius in wässriger Umgebung ab, wodurch Energie und Ressourcen eingespart werden können. Gemeinsam mit einem Industriepartner will man den Prozess auf den Industriemaßstab ausweiten.
(S E R V I C E -Schwendenwein, Fiume, Weber, Rudroff, Winkler: "Selective Enzymatic Transformation to Aldehydes in vivo by Fungal Carboxylate Reductase from Neurospora crassa", Advanced Synthesis & Catalysis, Nov. 2016, http://go.apa.at/hp3lbeUO DBC1A6CC7.f02t03)