Die europäische Zuckerrüben-Industrie steht vor einer großen Herausforderung. Der Weltmarktpreis ist niedrig und die Zuckerlager sind voll. Experten erwarten einen jährlichen Überschuss von bis zu 300.000 Tonnen. Zucker ist aber nicht alles, was sich aus Zuckerrüben herstellen lässt. Die Biotechnologie hat bereits neue Verwendungszwecke gefunden.

Mit einem Anteil von fünfzig Prozent dominiert die Europäische Union (EU) den Weltmarkt im Segment Rübenzucker. Allerdings stammen nur zwanzig Prozent der globalen Zuckerproduktion von Zuckerrüben. Die verbleibenden achtzig Prozent werden aus dem preiswerteren Zuckerrohr gewonnen. Zur Anwendung kommt Zucker vorwiegend in Nahrung und Getränken. Nur ein kleiner Teil des Weltmarktvolumens wird direkt an Konsumenten verkauft.

Fall der Zuckermarkt-Ordnung

Im Geschäftsjahr 2016/17 lag das Volumen der Zuckerproduktion in der EU bei 16,84 Millionen Tonnen. Damals war der Export europäischer Zuckerrüben laut EU-Zuckermarkt-Ordnung auf acht Prozent limitiert. 2017 fiel die EU-Zuckermarkt-Ordnung. Seither können europäische Zuckerrübenbauern unbeschränkt produzieren. Aber das Ende des Quotensystems stellt die europäische Zuckerindustrie vor eine große Herausforderung. Zucker aus Rüben ist teurer als jener aus Zuckerrohr. Gefährdet sind 145.000 Zuckerrübenbauer in Europa und deren 28.000 Mitarbeiter. Dazu kommen Aufbereitungsindustrie, Händler und Zulieferer, die vom Sektor abhängig sind.

Wohin mit dem Zucker?

Der Fall der EU-Zuckermarkt-Ordnung regte das Projekt Carbafin an. Seit Januar 2018 forscht ein europäisches Team an neuen Verwendungszwecken für die Zuckerbestandteile Glukose und Fruktose. Ziel der Forschung ist es, bis Ende 2021 eine Plattform-Technologie für eine ökonomische und ökologische industrielle Verwertung von Glukose und Fruktose zu schaffen.

„Es geht beim Projekt CARBAFIN darum, vorhandene biotechnologische Kenntnisse und Methoden auf einen industriellen Maßstab zu skalieren und zu prüfen, ob sich die Prozesse wirtschaftlich rentieren“. Christiane Luley, Expertin für Enzymtechnologie und Projektmanagerin von CARBAFIN.

Leiter des EU-Projekts ist Bernd Nidetzky, Professor an der TU Graz und wissenschaftlicher Leiter des K2-Kompetenzzentrums Austrian Centre of Industrial Biotechnology (ACIB) in Graz. Die TU Graz ist gleich mit mehreren Forschungsgruppen am Projekt beteiligt. Deren Aktivitäten werden von Barbara Petschacher vom Institut für Biotechnologie und Bioprozesstechnik koordiniert. Außerdem mit im Team: Forschungseinrichtungen und Wirtschaftsunternehmen aus Deutschland, Belgien, der Schweiz und den Niederlanden.

Glukose in neuen Verbindungen

Die Plattform-Technologie basiert auf dem biokatalytischen Prozess der Glukosylierung. Dabei werden optimierte Enzyme eingesetzt, um Glukose mit anderen Molekülen zu verbinden. Die Optimierung der Enzyme erfolgt an der Universität Gent. Die so entstehenden Glykoside können vielseitig eingesetzt werden. Abhängig von der beteiligten Stoffgruppe, eignen sich diese als:

  • funktionelle Zusätze in Kosmetika;
  • Ballaststoffe in Nahrungs- und Tierfuttermitteln;
  • oberflächenaktive Substanzen in Reinigungsmitteln;

Zum Beispiel entwickelte der Projektpartner Bitop (Dortmund) auf Glyzerinbasis einen glykosidischen Naturstoff, der imstande ist, die Zellalterung der Haut zu bremsen.

Hydroxymethylfurfural aus Fruktose

Nebenprodukt der Glukosylierung ist Fruktose, die bisher als alternatives Süßungsmittel in Lebensmitteln verwendet wurde. Im Projekt Carbafin fokussiert man das daraus zu gewinnende Hydroxymethylfurfural. Dieses findet in Bioplastik Anwendung – wie zum Beispiel in Harzen, Klebstoffen, Biokraftstoffen und Biopolymerprodukten. Mit AVA Biochem aus Zug (Schweiz) ist ein Projektpartner im Team, der in der Produktion von Hydroxymethylfurfural Weltmarktführer ist.

Carbafin hat einen hohen Technology-Readyness-Level und es wird im Zuge des Projekts zu einer Anwendungsdemonstration bei den beteiligten Firmen kommen. Akademisch betrachtet steigen wir mit großem Vorwissen ein, was die Biokatalyse betrifft, und konzentrieren uns mehr auf die wirtschaftlich sinnvolle Umsetzung der Reaktions- und Prozessführung.“ Barbara Petschacher, Projektkoordinatorin TU Graz

Ökologische und ökonomische Optimierung

Zentral ist die Evaluierung der technischen Strategien der Glukosylierung. Diese erfolgt in der Arbeitsgruppe von Alexander Passer am Institut für Materialprüfungen und Baustoff-Technologie mit angeschlossener TVFA für Festigkeits- und Materialprüfung. Einem neuen Ansatz folgend wird die Lebenszyklus und Kostenanalyse schon früh in die Entwicklung einbezogen. Die künftigen Verfahren sollen sowohl in ökologischer als auch in ökonomischer Hinsicht optimiert werden. Ein wichtiger Aspekt in der Prozessentwicklung ist die Einhaltung von EU-Richtlinien – speziell im Lebensmittelbereich. Diese wird vom Projektpartner GALAB Laboratories kontrolliert.

Carbafin wird im Rahmen von Horizon 2020 gefördert und bietet einen offenen Zugang zu Forschungsdaten. Die Projektergebnisse sollen verbreitet und verwertet werden. Bei der Verwertung der Technologie wird das Team von PNO Consultants unterstützt.

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