Nach dem Pressen von Weintrauben bleibt Trester zurück. Der Reststoff enthält neben Schalen und Kernen noch Zucker und pflanzliche Kohlenhydrate. Forschende der Pontificia Universidad Católica de Valparaíso und der Universität Complutense Madrid haben untersucht, wie sich diese Bestandteile für die Herstellung von 5-Hydroxymethylfurfural, kurz HMF, nutzen lassen. Die Verbindung gilt als Plattformchemikalie, weil daraus Ausgangsstoffe für Kunststoffe, Lösungsmittel und weitere Chemieprodukte entstehen können.

Zucker in zwei Schritten erschlossen

Als Rohstoff diente weißer Traubentrester aus der Weinproduktion. Zunächst behandelte das Team das Material eine Stunde lang bei 55 Grad Celsius mit Wasser. Dabei gingen pro Gramm trockenen Tresters rund 299 Milligramm Glucose und 319 Milligramm Fructose in Lösung. Anschließend wurden weitere Kohlenhydrate im festen Rückstand mit einem kommerziellen Enzymgemisch gespalten. Unter den besten Bedingungen setzte er 176 Milligramm Glucose je Gramm Traubentrester frei.

Die zuckerhaltigen Flüssigkeiten der beiden Schritte wurden getrennt weiterverarbeitet. Ein Katalysator unterstützte die mehrstufige Dehydratisierung der Zucker, bei der unter Abspaltung von Wasser HMF entstand. Die Ausbeute lag für beide Fraktionen jedoch nur bei rund elf Prozent. Fructose aus der ersten Extraktion ließ sich deutlich besser umsetzen als die Zucker aus der enzymatisch erzeugten Lösung. Damit zeigt die Arbeit, dass Traubentrester viele nutzbare Kohlenhydrate enthalten kann. Vor allem der abschließende Reaktionsschritt muss aber noch verbessert werden.

Ökobilanz hängt an der Ausbeute

Ergänzend modellierten die Forschenden die Umweltwirkungen des Verfahrens. Dabei zeigte sich ein enger Zusammenhang zwischen HMF-Ausbeute und Treibhausgasbilanz. Für ein angenommenes Szenario mit 72 Prozent Umwandlung errechnete das Team rund 2,03 Kilogramm CO₂-Äquivalente für die in der Ökobilanz festgelegte Vergleichsmenge. Ein Vergleichsszenario, in dem der Traubentrester nicht stofflich genutzt, sondern entsorgt wird, kam auf etwa vier Kilogramm.

Die günstigere Bilanz beruht auf einer deutlich höheren Umwandlung als im Labor erreicht. Auch der hohe Einsatz des Enzympräparats ist für Anwendungen eine wichtige Stellschraube. Die Studie zeigt einen Weg vom Reststoff zur Plattformchemikalie und wichtige Ansatzpunkte für weitere Forschung. Höhere HMF-Ausbeuten und ein geringerer Enzymeinsatz könnten Traubentrester zu einem regional verfügbaren Rohstoff für die biobasierte Chemie machen.

ag