Ein Trend in vielen industriellen Bereichen ist die Verwendung natürlicher Pflanzenextrakte oder pflanzenbasierter Verbindungen als Alternative zu synthetischen Substanzen. Zu den natürlich vorkommenden sekundären Pflanzeninhaltsstoffen zählen Saponine, deren Potenzial als biologisch abbaubare Tenside in umwelttechnischen Anwendungen in Europa bislang wirtschaftlich kaum genutzt wird. Ziel des Vorlauf-Projektes SapoTec war es daher, Verfahren zur Gewinnung von definierten Saponinfraktionen aus den regional verfügbaren, bekanntermaßen saponinhaltigen pflanzlichen Ausgangsstoffen Rosskastanie und Zuckerrübe zu entwickeln. Beispielhaft waren erste Untersuchungen für die technische Anwendung als biogenes Netzmittel im Pflanzen- und Bodenschutz durchzuführen.
Am Anfang stand die erfolgreiche Entwicklung einer photometrischen Gesamtsaponinanalytik sowie einer chromatographischen Saponinanalytik zur Quantifizierung und Charakterisierung des als Aescin bezeichneten Leitsaponins der Rosskastaniensamen. Dies ermöglichte eine Bewertung der verschiedenen Extraktionsmethoden. Ethanol (70 %) war das beste zur Extraktion verwendete Lösungsmittel – sowohl hinsichtlich der Saponinausbeute als auch hinsichtlich der Aescinausbeute. Extraktionsmittel mit geringerem Ethanolanteil zeigten aber nur geringfügig niedrigere Ausbeuten. Der Einsatz von frischem Samenmaterial ist der Verwendung von getrocknetem vorzuziehen, weil damit deutlich höhere Aescinausbeuten und leicht erhöhte Saponinausbeuten erreichbar waren. Vergleichende Untersuchungen von vier unterschiedlichen Extraktionsmethoden ergaben, dass einzig die Mikrowellenextraktion vielversprechende Ergebnisse lieferte. Eine eigens konstruierte Apparatur zur Mikrowellenextraktion im Umlaufsystem konnte erfolgreich zur Gewinnung saponinhaltiger Fraktionen aus frischem Rosskastaniensamenmaterial eingesetzt werden. Allerdings zeigte sich, dass hohe Extraktionstemperaturen (>50 °C) nicht förderlich für die Saponinextraktion waren. Eine geringe Mikrowellenleistung war vorteilhaft, weil sich so die thermische Zersetzung der Saponine vermeiden ließ.
Aus den Saponinfraktionen wurden wässrige und ethanolische Extrakte hergestellt und aus ihnen Trockenmuster gewonnen. Dabei konnte ohne Verwendung von Lösungsmittel eine Aescinausbeute von 2,9 % erreicht werden, welche durch mögliche Optimierungen zu erhöhen sein dürfte. Untersuchungen der Saponinextrakte zeigten die physikochemischen Eigenschaften von Netzmitteln, die sich deutlich von synthetischen Netzmitteln unterschieden. In verschiedenen Umweltverträglichkeitsuntersuchungen (Regenwurmvermeidungstest, Leuchtbakterientest und Pflanzenverträglichkeitstests) ließ sich zudem demonstrieren, dass die gewonnenen Extrakte in praxisbezogenen Konzentrationen unbedenklich sind. Zudem konnten einige in der Literatur beschriebene antibakterielle Eigenschaften im Vorhaben bestätigt werden. Über die Verwendung als Netzmittel hinaus weisen die Extrakte damit ein Potenzial zur Weiterentwicklung als Pflanzenschutzmittel auf. Im Vorhaben konnten aus nachhaltigen Rohstoffen und mittels grüner Extraktionsstrategien Triterpensaponin-haltige Extrakte gewonnen und für den Einsatz als biologische Tenside charakterisiert werden.
Innovationskompetenz (INNO-KOM) des BMWK, Modul Vorlaufforschung
EuroNorm GmbH
IASPM. Sc. Nathalie Beilke
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