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Aufarbeitung von Polyphenolen aus Weizenmittels Zeolithen am Beispiel der Ferulasa¨ ureAlexander Thiel1, Kai Muffler1, Nils Tippko¨ tter1, Kirstin Suck2, Ulrich Sohling2, Friedrich Ruf3und Roland Ulber1,*DOI: 10.1002/cite.201400031Bei der Ferulasa¨ure handelt es sich um einen Wertstoff, der aus Weizen gewonnen und in der Lebensmittel- und Pharma-industrie eingesetzt werden kann. Der Einsatz von Weizen als nachwachsende Rohstoffquelle ist allerdings nur dann wirt-schaftlich durchfu¨hrbar, wenn eine Prozessintegration in die bestehenden industriellen Verfahren gewa¨hrleistet oder einedirekte Konkurrenz zur Mehl- und Sta¨rkeindustrie vermieden werden kann. In diesem Artikel wird ein Verfahren aufge-zeigt, welches hohe Ausbeuten ermo¨glicht und eine Konkurrenz zu bestehenden Verwertungspfaden vermeidet.

Commercial materials with polyvinylpolypyrrolidone and polymeric amberlites (XAD7HP, XAD16) are commonly used for the adsorptive downstream processing of polyphenols from renewable resources. In this study, beta-zeolite-based adsorbent systems were examined, and their properties were compared to organic resins. Batch adsorption experiments were conducted with synthetic solutions of major polyphenols. Adsorption isotherms and desorption characteristics of individual adsorbent were determined based on these results. Maximum adsorption capacities were calculated using the Langmuir model. For example, the zeolites had capacities up to 203.2 mg/g for ferulic acid. To extend these results to a complex system, additional experiments were performed on rapeseed meal and wheat seed extracts as representative renewable resources. HPLC analysis showed that with 7.5% w/v, which is regarded as the optimum amount of zeolites, zeolites A and B could bind 100% of the major polyphenols as well as release polyphenols at high yields. Additionally, regeneration experiments were performed with isopropyl alcohol at 99°C to evaluate how zeolites regenerate under mild conditions. The results showed only a negligible loss of adsorption capacity and no loss of desorption capacity. In summary, it was concluded that beta-zeolites were promising adsorbents for developing new processes to isolate polyphenols from renewable resources.

Die fermentative Verwertung von Rohglycerin setzt je nach Herstellungsmethode und Produktionsorganismus eine Vorbehandlung des Glycerins zur Entfernung von Produktinhibitoren voraus. Durch den Einsatz von Hydrotalcit-Adsorbern können die im Rohglycerin enthaltenen Fettsäuren entfernt werden. Durch diese einfache Aufarbeitungsmethode ist ein mit reinem Glycerin vergleichbarer Umsatz von stark mit Fettsäuren verunreinigtem Rohglycerin zu 1,3-Propandiol (PDO) möglich. Die durch den Hydrotalcit gebundenen Fettsäuren lassen sich mit einem Ethanol-Wasser-Gemisch eluieren. Somit kann der Adsorber regeneriert und die Fettsäuren wieder der Wertschöpfungskette zugeführt werden. Im Fed-Batch-Experiment kann mit C. diolis eine PDO-Konzentration von über 50 g L⁻¹ unter Verwendung des aufgereinigten Rohglycerins erzielt werden. In der industriellen Produktion wird PDO momentan destillativ aufgearbeitet. Ein adsorptives Aufarbeitungsverfahren kann den Energiebedarf des Herstellungsprozesses drastisch senken. Auf der Suche nach einem geeigneten Material wurde ein Adsorberscreening in Bezug auf die Bindungseigenschaften durchgeführt. Mit einem b-Zeolith der Firma Süd ChemieAG konnte bisher die höchste Beladung im Modellsystem von 120 mg PDO/gAdsorber erreicht werden.

Mit Palmöl beladene Bleicherde wurde auf die Anwendbarkeit als Rohstoff zur Bildung von Aceton, Ethanol und Butanol (ABE) untersucht. Nach der Abtrennung des entfärbten bzw. gebleichten Öls bestehen 20–40 % (w/w) des Bleicherderückstands aus adsorbiertem Öl. Somit stellt das Mineral einen wertvollen Rohstoff dar. Zur Produktion der Lösungsmittel wurde das gebundene Öl hydrolysiert. Das freigesetzte Glycerin diente als Substrat einer nachfolgenden anaeroben Fermentation zu den ABE-Lösungsmitteln. Die Fermentationen wurden mit verschiedenen Clostridien-Stämmen durchgeführt, von denen einige lipolytische Aktivität aufweisen. Der Ölgehalt der Bleicherde betrug 28 % der Adsorbermasse. Für die Hydrolyse wurden drei Ansätze untersucht: 1. die direkte Fermentation des Adsorbers mit lipolytisch aktiven Clostridien, 2. der Einsatz von Lipasen und die Fermentation des resultierenden Überstands und 3. die Kofermentation mit einer lipolytisch aktiven Hefe. Jeder der drei Ansätze führte zu einerHydrolyse des Öls und Wachstum der Mikroorganismen. Der Einsatz von Lipasen resultierte in einer vollständigen und der schnellsten Hydrolyse des Öls. Eine Glycerinkonzentration von 13,4 g/L konnte erreicht werden. Die anaerobe Fermentation der verschiedenen Clostridien auf Minimalmedien verlief erfolgreich. Der Vergleich der Fermentationen der Bleicherdehydrolysate zeigte, dass das Hydrolysat wachstumsinhibierende Substanzen enthält. Unter diesen Bedingungen konnte eine Ausbeute von Y P/S = 0,11 erzielt werden. Der Einsatz eines Ionenaustauschers zur Reinigung des Hydrolysats vor der Fermentation resultierte in einer Verbesserung des Wachstums