DE19615436B4 - Verfahren zur Gewinnung von Gerbstoffen aus Polygonaceae als nachwachsende Rohstoffe - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Gewinnung von Gerbstoffen für die Lederherstellung aus Pflanzenstoffen von Polygonaceae-Genotypen, bei dem das Pflanzenmaterial in zerkleinerter Form, getrocknet oder frisch extrahiert wird, und als Pflanzenmaterial Rhabarber- oder Ampfer-Wurzeln oder Knöterich-Stengel und -Blätter eingesetzt werden dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktion mit einem Gemisch aus Wasser einem Alkohol oder einem Keton, bei 20 bis 95 °C und mit einem Anteil des Alkohols oder Ketons von 20 bis 96 Volumenprozent in der Mischung durchgeführt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von pflanzlichen Gerbstoffen aus Polygonaceae sowie die Verwendung dieser pflanzlichen Gerbstoffe als Ledergerbstoffe.
• Das Gerben von Leder wird üblicherweise mittels Chromgerbung durchgeführt. So sind 80 % aller Leder chromgegerbt. Dabei werden u.a. basische Chrom (VI)-Salze als auch Chrom (III)-Salze, die zu den toxischen Chrom (VI)-Salzen oxidieren können, verwendet und über das Leder selbst und über die das Leder herstellenden und verarbeitenden Industriezweige in die Umwelt gelangen.
• 70 % aller chromgegerbten Leder werden mit pflanzlichen Gerbextrakten nachgegerbt. Darüber hinaus kann die Gerbung von Leder auch direkt durch pflanzliche Gerbung durchgeführt werden. Neben Fettstoffen und Alaun waren gerbstoffhaltige Rinden, Früchte, Blätter und Pflanzen die ältesten und auch einzigen Gerbmittel bis die Chromgerbung aufkam. Die pflanzliche Gerbung ist auch heute noch von Bedeutung. Bei der pflanzlichen Gerbung werden zwar keine hochtoxischen Verbindungen freigesetzt, die insbesondere aus ökologischer Sicht sehr nachteilig sind, aber auch diese Gerbungsart ist nicht frei von Nachteilen.
• So sind die Vertreter dieser Gerbstoffgruppe fast ausschließlich in den tropischen oder subtropischen Ländern beheimatet. Die Zahl der tatsächlich technisch verwertbaren Pflanzen ist gering, und der Anbau sowie das Wachstum dieser Pflanzen erfordert sehr viel Zeit und zieht eine hohe Kapitalbindung nach sich. Außerdem ist die Verwertung von tropischen Gerbpflanzen ökologisch bedenklich, da die Gewinnung der darin enthaltenen Stoffe den Raubbau in den tropischen Regenwäldern fördert. So wird beispielsweise der Quebrachogerbstoff durch Wildentnahme der Bäume aus dem tropischen Regenwäldern gewonnen.
• Es besteht demnach ein Interesse daran, als nachwachsende Rohstoffe gerbstoffliefernde Pflanzen anzubauen, die auch unter europäischen Klima- und Wetterbedingungen wachsen und die die oben genannten ökologischen Nachteile der Chromgerbung und der bisher durchgeführten pflanzlichen Gerbung nicht aufweisen. Weiterhin erfordert der Anbau der nachwachsenden Rohstoffe auch entsprechende Anbauflächen. In Deutschland stehen beispielsweise 4.000.000 ha stillgelegte Ackerflächen für den Non-Food-Bereich zur Verfügung, die mit dem Anbau von nachwachsenden Rohstoffen optimal genutzt werden könnten. Damit sich der Anbau nachwachsender Rohstoffe wirtschaftlich rentiert, müssen geeigneten Verfahren zur Verfügung stehen, die es erlauben, die Inhaltsstoffe dieser nachwachsenden Rohstoffe in hoher Qualität und Ausbeute zu gewinnen.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Gewinnung von Gerbstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen zur Verfügung zu stellen.
• In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Gerbstoffe aus sortenreiner Polygonaceae gewonnen. Zu den Polygonaceae gehören Rheum (Rhabarber), Rumex (Ampfer) und Reynoutria (Staudenknöterich) sowie Polygonum (Knöterich).
• Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet insbesondere die Rheum- und Rumex-Wurzeln sowie die Reynoutria-Stengel bzw. -Blätter. Das Pflanzenmaterial wird dabei in zerkleinerter Form, getrocknet oder frisch mit einem Gemisch aus Wasser und einem Alkohol oder Keton bei Temperaturen von 20 bis 95 °C extrahiert.
• Der Anteil des organischen Lösungsmittels beträgt im Gemisch 20 bis 96 Volumenprozent.
• Besonders vorteilhaft für das erfindungsgemäße Verfahren ist die Verwendung von Rhabarberwurzeln, da Rhabarber unter den europäischen Klimabedingungen sehr gut gedeiht und innerhalb von 3 Jahren eine Wurzelmasse erreicht, die wirtschaftlich verwertbar ist.
• Bei den bisher üblichen Verfahren zur Gewinnung von pflanzlichen Gerbstoffen werden die entsprechenden Rinden, Blätter oder Früchte der zumeist tropischen oder subtropischen Pflanzen mit Wasser extrahiert (F. Stather, Gerbereichemie und Gerbereitechnologie, 1957, Akademie-Verlag Berlin). Dem Wasser werden üblicherweise Zusätze, wie beispielsweise Natriumsulfid oder Tenside zugegeben.
• Es wurde festgestellt, daß die Extraktion von Rhabarberwurzeln mit Wasser jedoch nicht zufriedenstellend ist, da auf Grund der Funktion der Wurzel als Speicherorgan der Pflanze eine Reihe von Nichtgerbstoffen extrahiert werden. Besondere Probleme bereitet dabei die Stärke, die bei höheren Temperaturen verkleistert und die Wurzelstücke eine breiige Substanz bilden, die nur unvollkommen extrahiert werden kann.
• Es ist bekannt, Rhabarberwurzel mit 70 %igem Ethanol zu extrahieren (DAB 10, Deutscher Apothekerverlag Stuttgart, 1991). Das beschriebene Extraktionsverfahren führt jedoch nur zur Gewinnung von Anthrachinonstoffen, die pharmazeutisch genutzt werden. So sind beispielsweise Extrakte aus Rhabarberwurzeln, insbesondere Extrakte aus Medizinalrhabarber und chinesischem Rhabarber in der Pharmazie als Laxationsmittel verwendbar. Die für die Gerbung bedeutenden Gerbstoffe werden jedoch nach diesem Verfahren nicht gewonnen.
• In den erfindungsgemäßen Verfahren werden getrocknete oder frische Rhabarberwurzeln in geschnittenem Zustand extrahiert. Dabei wird als Extraktionsmittel ein Gemisch aus Wasser und Lö sungsmittel verwendet, und die Temperatur der Extraktion beträgt 20 bis 95 °C. Es ist möglich unterschiedlich gefärbte Extrakte zu gewinnen, wobei die Farbgebung in erster Linie durch die zu verarbeitenden Genotypen und in zweiter Linie durch die Art der Wurzelaufarbeitung bedingt ist. Werden frisch geschnittene oder unmittelbar nach der Ernte unzerkleinert getrocknete Rhabarberwurzeln verwendet, erhält man die natürlichen hellen Gerbstoffe. Werden die Wurzeln allerdings nach der Ernte im feuchten Zustand zerkleinert und dann getrocknet, so erfolgt eine Oxidation der Gerbstoffe und es werden dunkle Gerbstoffe erhalten.
• Die Extraktion kann mittels allgemein bekannter Verfahren, wie beispielsweise Perkolations-, Karussel- oder Schneckenextraktion, kontinuierlich, diskontinuierlich, einstufig oder mehrstufig durchgeführt werden. Mit einer mehrstufigen Verfahrensweise wird eine Konzentrierung des Extraktes erzielt.
• Der bevorzugteste Alkohol im erfindungsgemäßen Verfahren ist Isopropanol, und das bevorzugteste Keton ist Aceton. Diesem Extraktionsmittel können anionische, amphotere oder nichtionische Tenside zugegeben werden, die eine Herabsetzung der Oberflächenspannung des Lösungsmittels und eine Verbesserung der Löslichkeit der Gerbstoffe bewirken können.
• Es wurde durch eingehende Untersuchungen festgestellt, daß durch Einstellung eines bestimmten Verhältnisses Wasserorganisches Lösungsmittel und/oder der Temperatur die Extraktion gesteuert werden kann. So kann der Anteil an nichtgerbenden Inhaltsstoffen, wie z.B. Stärke, Zucker oder Mineralstoffe im Extrakt beispielsweise durch Einstellen einer bestimmten Temperatur über deren Unlöslichkeit vermindert bzw. vermieden werden.
• Im erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Alkohol/Wasser-Gemisch verwendet, indem der Alkohol einen Gehalt von 20 bis 96 Volumenprozenten aufweist.
• Es wurde gefunden, dass mit steigendem Anteil an organischem Lösungsmittel der Gehalt der unlöslichen Fraktion, ein für die Gerberei nicht zu verwendender Anteil der Gerbstoffprodukte, steigt. Während mit steigendem Wassergehalt der Anteil der extrahierten Nichtgerbstoffe steigt und somit die Qualität des Gerbstoffes sinkt.
• Besonders bevorzugt ist ein Alkohol/Wasser-Gemisch mit einem Alkoholgehalt von 50 Volumenprozenten. Die Auswahl des verwendeten Extraktionsmittels ist abhängig vom jeweiligen Extraktionsgut und dem gewünschten Gerbstoff/Nichtgerbstoff-Verhältnis (Anteilszahl), das ein Ausdruck für die gerbereitechnischen Eigenschaften und Qualität der Extrakte ist. Über das eingesetzte Alkohol/Wasser-Gemisch läßt sich also die Ausbeute der gewünschten Inhaltsstoffe, vorzugsweise Gerbstoffe, steuern.
• Nach Beendigung der Extraktion wird aus dem Extrakt das organische Lösungsmittel destillativ zurückgewonnen und die wäßrige Phase nach einer weiteren möglichen Konzentrierung getrocknet, um den Gerbstoff in Pulverform zu erhalten.
• Die folgenden Ausführungsbeispiele erläutern die Erfindung, ohne sie jedoch einzuschränken.
• Ausführungsbeispiel 1:
• Getrocknete oder frische, geschnittene Rhabarberwurzeln werden in Perkolationssäulen extrahiert. Als Extraktionsmittel wird ein 50 %iges Isopropanol/Wasser-Gemisch verwendet. Die Temperatur des Extraktionsmittels beträgt 50° C. Das Extraktionsverfahren wird zweistufig durchgeführt, wodurch eine Konzentrierung des Extraktes erhalten wird. Nach destillativer Rückgewinnung des organischen Lösungsmittels wird dieser Extrakt beispielsweise sprühgetrocknet.
• Ausführungsbeispiel 2:
• Knöterichblätter werden getrocknet und zerkleinert in Perkolationssäulen gegeben und extrahiert. Als Extraktionsmittel wird ein auf 70 °C erwärmtes 40 %iges Isopropanol/Wasser-Gemisch verwendet. Dem Extraktionsmittel sind 0,3 % Natriumbisulfit zugesetzt. Nach Beendigung der Extraktion wird das organische Lösungsmittel destillativ zurückgewonnen und der wäßrige Extrakt beispielsweise sprühgetrocknet.

Claims (3)

1. Verfahren zur Gewinnung von Gerbstoffen für die Lederherstellung aus Pflanzenstoffen von Polygonaceae-Genotypen, bei dem das Pflanzenmaterial in zerkleinerter Form, getrocknet oder frisch extrahiert wird, und als Pflanzenmaterial Rhabarber- oder Ampfer-Wurzeln oder Knöterich-Stengel und -Blätter eingesetzt werden dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktion mit einem Gemisch aus Wasser einem Alkohol oder einem Keton, bei 20 bis 95 °C und mit einem Anteil des Alkohols oder Ketons von 20 bis 96 Volumenprozent in der Mischung durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Extraktion vorzugsweise mit Isopropanol oder Aceton durchführt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die Extraktion in Gegenwart von anionischen, amphoteren oder nichtionische Tenside durchführt.