Technologie steigert die Hopfenproduktion in Brasilien und ebnet den Weg für neue Bioprodukte
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Obwohl Brasilien der drittgrößte Bierproduzent und -verbraucher der Welt ist, hängt es fast vollständig von Hopfenimporten ab. Weniger als 1 % des Inhaltsstoffs, der für Bitterkeit, Aroma und Geschmack des Biers verantwortlich ist, wird vor Ort angebaut. Ein neues Projekt, an dem brasilianische Wissenschaftler und Erzeuger in der Region Vale do Ribeira im Bundesstaat São Paulo beteiligt sind, soll dies jedoch ändern. Das Projekt zielt darauf ab, die heimische Hopfenproduktion effizienter und rentabler zu machen und gleichzeitig die Entwicklung neuer Bioprodukte zu fördern.
Das Projekt wurde im Rahmen des Forschungszentrums für Biodiversitätsdynamik und Klimawandel (CBioClima) ins Leben gerufen, einem der von der FAPESP unterstützten Forschungs-, Innovations- und Verbreitungszentren (RIDCs), das an der Staatlichen Universität São Paulo (UNESP) angesiedelt ist. Das Projekt investiert in die superkritische Extraktion mit Kohlendioxid (CO₂), eine Technologie, die in Ländern wie Deutschland und den Vereinigten Staaten bereits gut etabliert ist. Mit dieser Methode werden aromatische und bioaktive Verbindungen effizient aus dem Hopfen extrahiert, was die Logistikkosten senkt und die Bierqualität verbessert.
"Brasilianischer Hopfen wird normalerweise in Form von Pellets [getrocknete und gepresste Blüten] an Brauereien verkauft. Mit dieser Technologie kann der Hopfen jedoch in Ölform vermarktet werden, was nicht nur logistische Vorteile mit sich bringt, sondern auch bei der Bierherstellung zu Ergebnissen führt, die den herkömmlichen Methoden weit überlegen sind", erklärt Levi Pompermayer Machado , Professor an der UNESP und einer der an dem Projekt beteiligten Forscher.
Neben CBioClima sind an dem Projekt das Nationale Institut für Wissenschaft und Technologie in der Nanotechnologie für nachhaltige Landwirtschaft (INCT NanoAgro), der Inkubator Aquário de Ideias mit Start-ups aus Vale do Ribeira sowie Bioativos Naturais und Kalamazoo beteiligt - zwei Unternehmen, die durch das Programm für innovative Forschung in kleinen Unternehmen (PIPE) der FAPESP unterstützt werden. Die Produzenten sind Teil des Programms SP Produz 2025, das von der Regierung des Bundesstaates São Paulo durchgeführt wird und strategische Unterstützung zur Stärkung lokaler Produktionsketten bietet.
In der Studie, die in der Fachzeitschrift Biomass Conversion and Biorefinery veröffentlicht wurde, verglichen die Forscher die Extraktion von Hopfen bei Atlântica Hops in der Gemeinde Juquiá im Vale do Ribeira mit konventionellen und überkritischen CO₂-Verfahren. Während die herkömmliche Extraktion, bei der organische Lösungsmittel oder eine als Dampfstrippen bekannte Technik zum Einsatz kommen, etwa 15 % Extrakt mit 9 % α-Säuren (die für die Bitterkeit des Bieres verantwortlichen Verbindungen) ergibt, erzielt die CO₂-Methode bis zu 72 % α-Säuren. Außerdem führt das Verfahren zu einem geringeren Volumen, einer besseren Konservierung und einer Steigerung der Bierproduktivität um bis zu 20 %.
"Jeder Hopfen hat ein einzigartiges Aroma, das durch das so genannte Terroir definiert wird, und das ist es, wonach die Industrie sucht. Im Rahmen der Studie haben wir auch das sensorische Profil des Hopfenextrakts in Pellets und des von uns hergestellten Extrakts analysiert. Es gab eine leichte Veränderung des Geschmacks, aber die sensorische Signatur des Produkts blieb mehr oder weniger die gleiche. Bei all diesen Verbesserungen in Bezug auf Effizienz und Qualität bleiben die Merkmale des Terroirs also fast vollständig erhalten", sagt er.
Machado weist darauf hin, dass sich die in Vale do Ribeira getestete Technologie durch die Einhaltung der Grundsätze der grünen Chemie auszeichnet. Bei herkömmlichen Verfahren werden große Mengen Wasser oder erdölbasierte Lösungsmittel verwendet, um die ätherischen Öle aus dem Hopfen zu gewinnen.
Bei der überkritischen Extraktion hingegen wird Kohlendioxid unter hohem Druck und bei hoher Temperatur verwendet, wobei es sich in einem Zustand zwischen Flüssigkeit und Gas (dem überkritischen Zustand) befindet. In diesem Zustand wirkt CO₂ wie ein natürliches Lösungsmittel, dringt tief in den Rohstoff ein und extrahiert dessen Bestandteile mit hoher Effizienz.
"Außerdem wird das bei der superkritischen Technologie verwendete CO₂ am Ende des Prozesses zurückgewonnen, wodurch Emissionen in die Atmosphäre vermieden und chemische Rückstände im Extrakt vermieden werden. Das macht die Methode effizienter und umweltfreundlicher", sagt Machado.
Der Forscher erklärt, dass das Hauptziel des Projekts darin besteht, den Erzeugern Anbaumöglichkeiten zu bieten, die einen geringeren ökologischen Fußabdruck und einen größeren Mehrwert (wie im Falle des Hopfens) haben, anstatt die Grenzen der Landwirtschaft mit minderwertigen Rohstoffen wie Sojabohnen und Zuckerrohr zu erweitern.
"Es geht darum, auf einer viel kleineren Anbaufläche mehr zu produzieren, und zwar mit einer Kulturpflanze, die gut auf den Klimawandel reagiert und vielfältige Marktmöglichkeiten bietet", so der Forscher.
Kreislaufwirtschaft
Ein weiterer Vorteil dieser Technologie ist, dass die gewonnenen Extrakte nicht nur in der Brauindustrie, sondern auch in der Kosmetik- und Pharmaindustrie verwendet werden können. Neben den Extrakten analysierten die Forscher auch die Abfälle, die nach der Extraktion übrig bleiben (Althopfen).
Johana Marcela Concha Obando, Postdoktorandin am INCT NanoAgro der UNESP, die an dem Projekt beteiligt ist, erklärt, dass Hopfenabfälle immer noch bioaktive Verbindungen mit hohem antioxidativem Potenzial, wie Phenole und Flavonoide, enthalten. "Da bei dieser Technik keine Reagenzien verwendet werden, gehen diese Abfälle nicht verloren und können für andere Zwecke verwendet werden", erklärt sie.
Die biochemische Analyse der Studie ergab, dass die verbleibende Biomasse auch nach der Entfernung der Hauptwirkstoffe noch Eigenschaften aufweist, die für neue Produkte genutzt werden können. "Mit dem Extrakt bedienen wir nicht mehr nur die Brauerei-Nische, sondern fünf, sechs oder sogar zehn verschiedene Sektoren", freut sich Machado.
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Originalveröffentlichung
Gabriela Testa Dias, Johana Marcela Concha Obando, Thalisia Cunha dos Santos, Carlos Augusto Prata Gaona, Célia Cristina Malaguti Figueiredo, Regildo Márcio Gonçalves da Silva, Leonardo Zambotti Villela, Guilherme Wolff Bueno, Levi Pompermayer Machado; "Chemical and biotechnological characterization of supercritical CO2 extracts and residual Humulus lupulus biomass from the Brazilian Atlantic Forest"; Biomass Conversion and Biorefinery, 2025-9-19
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