FORSCHUNGSPROJEKTE

​Um den gegebenen Anforderungen einer standardisierten Cannabisproduktion in Deutschland gerecht zu werden, müssen sich deutsche Industrie und Forschungsorganisationen mit erfahrenen Partnern in diesem Bereich vernetzen, um bestehende Wissenslücken zu schließen.

Durch  innovative Forschungsprojekt tragen wir dazu bei, die Grundlagen einer eigenen Cannabis-Produktionskette in Deutschland zu schaffen.

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MULTIPURPOSE-PFLANZE HANF: GEWINNUNG VON BIOMASSE, LIGNIN UND PLATTFORMCHEMIKALIEN ZUR HERSTELLUNG BIOPOLYMERER WERKSTOFFE (MULTIHEMP)

Hanf ist ein Paradebeispiel für eine „Multipurpose-Pflanzen“ und eignet sich aufgrund seiner Vielseitigkeit und der Möglichkeit, die ganze Pflanze (Körner, Blätter, Blüten, Stängel, Wurzel) zu nutzen, hervorragend für eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft im Kontext der Bioökonomie. Hanf wurde jahrhundertelang in Deutschland zur Faser-, Nahrungsmittel-, Ölgewinnung sowie als Medizinprodukt kultiviert. Das Interesse an Hanf für eine Reihe von industriellen Anwendungen hat in den letzten Jahren aufgrund der überlegenen Qualität seiner Fasern in einer Reihe von industriellen Anwendungen zugenommen. Zusätzlich zu den Fasern liefert Hanf auch hochwertige Samen und Phytocannabinoide mit sich entwickelnden Märkten für Öle und pflanzliche Proteine. Im Rahmen dieser Prozesse fallen eine Reihe von Nebenprodukten an, die bislang keiner Verwertung zugeführt werden.

Ziel von MULTIHEMP ist, Hanf und Nebenprodukte der Hanf-Faser-Herstellung als Ausgangsmaterial im Kontext einer Bioraffinerie zu nutzen. Das Projektziel beinhaltet eine landwirtschaftliche Bioraffinerie, die lokal erzeugte Biomasse in Plattformchemikalien, Lignin, Cellulose, Phytocannabinoide, Öle und Proteine umwandelt und somit die vollumfängliche Nutzung der Hanfpflanze demonstriert. Aus dem gewonnenen lignozellulosereichem Material können Hydroxymethylfurfural (HMF), Furfural (Fu) und Lignin erzeugt werden. Aus HMF können Polyester wie PEF (Polyethylendicarboxyfuranoat) für Verpackungen oder Fasern hergestellt werden. HMF selbst kann, wie auch Fu, als Ersatz für Formaldehyd in Harzen, z.B. für Spanplatten, Polyamide wie Nylon 6 und Nylon 6,6, oder als Zusatz in der Nahrungsmittel- und Pharmaindustrie dienen. Lignin kann als Füllmaterial zu Harzen zugesetzt werden, oder zu Phenolen gespalten werden, um damit selbst zu Bestandteilen von Harzen werden. Eine andere Anwendung ist die Umwandlung zu hochwertigen Kohlenstoffmaterialien für Elektroden und Superkondensatoren. Über die Einbindung zweier mittelständiger Unternehmen sollen hierbei die Prozesse zur Bearbeitung und Gewinnung von Cellulose Lignin mittels Mikrowellen-Technik sowie die Gewinnung von Plattformchemikalien mittels Bioraffinerie einschließlich der notwendigen analytischen Methoden entwickelt und optimiert werden. Aus den gewonnenen Plattformchemikalien erfolgt die Entwicklung und Erzeugung thermoplastischer Biopolymere, die zu faserverstärkten/ faserbasierten Werkstoffen weiterentwickelt werden. Aus diesen biopolymeren Werkstoffen können denen neue biobasierte, abbaubare Materialien für unterschiedliche Endanwendungen gewonnen werden. Hierzu werden die Verarbeitungsdaten und Parameter zur Herstellung der neuen Werkstoffe erfasst und zur Prozessoptimierung herangezogen. Das industrielle Upscaling der entwickelten Methoden und Werkstoffe kann durch die beteiligten Unternehmen sowie durch die an der Universität Hohenheim vorhandene Technikumsanlage aufgezeigt werden. Es wird erwartet, dass die entwickelten Materialien einen deutlich verbesserten ökologischen Fußabdruck gegenüber herkömmlichen Werkstoffen aufzeigen, da regionale Rohstoffe und Nebenprodukte aus Hanf gewonnen und verwendet werden.

SCHNITZEL, HANFTOFU, PASTA & CO AUS DEM REALLABOR HANF - PROTEINBASIERTE LEBENSMITTEL AUS REGIONALEM HANFANBAU (TASTINO)

Die steigende Weltbevölkerung, Urbanisierung sowie das wachsende Einkommensniveau führen zu einer steigenden globalen Nachfrage nach Fleisch und tierischen Lebensmitteln. Allerdings werden die derzeit üblichen Ernährungsgewohnheiten als nicht gesund und die Produktionsmuster als nicht nachhaltig angesehen. Eine globale Ernährungsumstellung mit einer Steigerung der Aufnahme pflanzlicher Lebensmittel anstelle von tierischen wird als Schlüssel zur Verbesserung der menschlichen sowie der planetaren Gesundheit angesehen. Übergeordnetes Gesamtziel des Projektes ist die Entwicklung innovativer Verfahren und Technologien für die Produktion proteinreicher, gesunder Lebensmittel aus regional angebautem Hanf. Im Rahmen des Projektes werden in Zusammenarbeit mit Landwirten, regionalen Verarbeitern, Vertretern der Gastronomie und des Lebensmitteleinzelhandels (LEH) in Baden-Württemberg innovative Lebensmittel auf Basis von Hanfprotein entwickelt und als regionale Produkte im Einzelhandel für den Endverbraucher verfügbar gemacht. Der Markt für Fleischersatzprodukte ist noch relativ klein, wird aber in Zukunft stark wachsen. Europa führt den Markt für Fleischersatzprodukte weltweit an, mit einem Anteil von 40 % am Gesamtmarkt, der Prognosen zufolge im Jahr 2025 2,4 Mrd. € erreichen wird. Während Tofu, Tempeh, Seitan texturierte pflanzliche Proteine als typische Fleischersatzprodukte auf dem Markt sind, zeichnet sich Hanfprotein durch eine wünschenswerte, zähe, fleischähnliche Textur aus. Als Hanfproteine werden mehrere Proteintypen bezeichnet, die in der Hanfpflanze vorkommen, eine hohe biologische Wertigkeit aufweisen und aus 23 essentiellen Aminosäuren aufgebaut sind. Im Gegensatz zu Fleischersatzprodukten aus importierten Sojabohnen ermöglichen Fleischersatzprodukte auf Hanfproteinbasis die nachhaltigen Vorteile von Produkten auf Pflanzenbasis vollständig zu nutzen. Das Projekt trägt daher dazu bei, die starke Nachfrage nach hochwertigen, protein-basierten, regional erzeugten Lebensmitteln zu erfüllen, nachhaltige Ernährungskonzepte zu entwickeln, die Selbstversorgungsfähigkeit der Bevölkerung in Baden-Württemberg zu steigern und im Bereich Landwirtschaft und Lebensmittelerzeugung entlang der Wertschöpfungskette in verschiedenen Sektoren zukunftsfähige Arbeitsplätze zu schaffen.

ENTWICKLUNG EINER CANNABINOID-REICHEN ROSAZEA CREME-FORMULIERUNG BASIEREND AUF ZELLINDIKATIONSMODELLEN SOWIE EINES TROCKNERBASIERTEN DECARBOXYLIERUNGSVERFAHRENS ZUR GEWINNUNG STANDARDISIERTER CANNABISROHSTOFFE (RECREATE)

Rosazea ist eine multifaktorielle Krankheit. Über die konkreten Ursachen wird bislang noch diskutiert. In Betracht kommen unter anderem neurogene Entzündungen und Entzündungsreaktionen durch auf der Haut vorkommende Bakterien und Haarbalgmilben. Die Erkrankung ist durch momentan verfügbare Medikamente nicht vollständig heilbar. CBD sowie sämtlichen anderen Phytocannabinoiden insbesondere auch CBC, CBD-V, THC-V und CBG wird eine große antiinflammatorische Wirkung nachgesagt die bereits in einigen wissenschaftlichen Studien belegt ist. Ebenso werden schmerzlindernde, antibakterielle und antimikrobielle Eigenschaften bestätigt. Durch die im Vollextrakt vorhandenen Terpenen und Flavonoiden tritt durch den Entourage Effekt eine nochmals verstärkte Wirkung auf. 

Oberstes Gesamtziel des Projekts ist die Entwicklung einer topisch anwendbaren Creme gegen die Hauterkrankung Rosazea, welche auf den Inhaltsstoffen von phytocannabinoidreichem Cannabis (PCR) basiert. Hierzu ist es erforderlich einerseits die Inhaltstoffe in eine aktivierte Form durch Decarboxylierung zu überführen sowie die weiteren leicht flüchtigen, temperatursensitiven Inhaltsstoffe wie Terpene bei der Aufbereitung des Pflanzenmaterials sowohl während der Trocknung als aus Extraktion zu erhalten. Die für die Wirksamkeit erforderlichen Konzentrationen und Zusammensetzung an Wirkstoffspektren müssen in Zellindikationsmodellen entwickelt und geprüft werden. Hierbei erfolgt eine Rückkopplung zu den Trocknungs- und Extraktionsverfahren und eine Entwicklung des entsprechenden erforderlichen Verfahrens. 

ENTWICKLUNG VON LICHTKONZEPTEN UND LOW-STRESS-TRAINING (LST) METHODEN ZUM ANBAU VON TERPEN- UND CANNABINOIDREICHEM CANNABIS FÜR PHARMAZEUTISCHE WIRKSTOFFE (DELIGHT)

Pharmazeutische Wirkstoffe auf pflanzlicher Basis wurden bisher als frische, getrocknete oder verarbeitete Pflanzen konsumiert. Das Endergebnis ist ein aus Pflanzen gewonnener oder synthetisch hergestellter Wirkstoff zur Heilung von Krankheiten. Die Qualität und Stabilität dieser Wirkstoffe ist entscheidend für die korrekte und sichere Dosierung des Medikaments. Dies ist eine Herausforderung, da die Pflanzen stark von ihrer Wachstumsumgebung beeinflusst werden. Dieses Projekt konzentriert sich auf die Verbesserung der Verwendung von Cannabis als pflanzliches Rohmaterial für hochwertige pharmazeutische Produkte. Die zu lösenden technischen Herausforderungen beziehen sich auf das Lichtspektrum (die Farbe des Lichts), die Lichtverteilung, die Langlebigkeit, die Stabilität des Lichts sowie darauf, Cannabissorten zu finden, die einen hohen Gehalt an den gewünschten Wirkstoffen für das pharmazeutische Endprodukt liefern:

Ziel des Projektes ist es, eine LST-Methode (Low Stress Training) zu entwickeln, die den Terpengehalt im Pflanzenmaterial erhöht, während gleichzeitig ein hoher CBD-Gehalt gewährleistet wird.

ENTWICKLUNG INNOVATIVER KULTURSUBSTRATE, PHYTOMONITORING-SENSORSYSTEME (BODEN-PFLANZE) SOWIE EINES PROZESS-ORIENTIERTEN PFLANZENWACHSTUMS-MODELLES ZUR STEUERUNG DES WACHSTUMS UND ERTRAGS IN CANNABIS (PHYTOSENS)

Ein wichtiges Ziel beim Cannabisanbau ist es, neben hohen Erträgen, einheitliche Pflanzen mit entsprechender pharmazeutischer Qualität zu generieren. So wie bei allen biologischen Systemen hängen die Merkmalsausprägung (Phänotyp) und somit die Qualitätseigenschaften neben dem Faktor Genotyp vor allem von Umweltparametern ab. Wesentliche Umweltfaktoren, die das Pflanzenwachstum beeinflussen, sind: Lichtquantität, Lichtqualität, Beleuchtungsdauer (Photoperiode), Kultursubstrat, Wasser- und Nährstoffangebot, CO2-Konzentration der Luft, Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Die Steuerung dieser Einflüsse erfolgt bislang unabhängig voneinander und basiert auf Erfahrungswerten der Produzenten, was nicht unmittelbar eine gleichbleibende, standardisierte Qualität von Charge zu Charge sicherstellt. Um die gesetzlichen Auflagen in der Cannabisproduktion zu erfüllen, müssen Produzenten ihre Produktionssysteme so gestalten, dass durch den Einsatz entsprechender Technologien und Verfahren die Produktion eines standardisierten Rohstoffs gewährleistet werden kann.

Zielsetzung des vorliegenden Projektes ist es, ein Verfahren unter Verwendung von innovativer Substrat- und Phytomonitoringtechnik zu entwickeln, welches die notwendige ganzheitliche Steuerung des Wachstums von Cannabis unter kontrollierten Bedingungen zur Gewinnung eines standardisierten Rohstoffs für medizinische Endprodukte ermöglicht. Der gewählte Lösungsansatz für die notwendige Steuerung der Wachstums- und Entwicklungsbedingungen fokussiert auf der bestmöglichen Wasser- und Nährstoffversorgung und damit einhergehend auf einer höchstmöglichen Automatisierung dieser relevanten Inputfaktoren für das Wachstum von Cannabis. Dies beinhaltet die Entwicklung innovativer Kultursubstrate für Cannabis, welche an die variierenden Anforderungen der Pflanze in den unterschiedlichen Entwicklungsstadien angepasst werden. Gleichzeitig soll eine Pflanze-Boden Monitoring-Einheit entwickelt werden, die zu jeder Zeit den Ist-Zustand der Pflanze überwacht, woraus sich Handlungsempfehlungen für den Produzenten in Bezug auf die Anpassung der Umweltfaktoren ableiten lassen. Die gewonnenen Daten werden verwendet, um ein prozess-orientiertes Pflanzenwachstumsmodell für Cannabis zu erstellen, welches die Reaktion der Pflanze auf veränderte Umweltparameter beschreiben und vorhersagen kann.

ENTWICKLUNG EINES SELEKTIONSSCHEMA FÜR MEDIZINISCHEN CANNABIS AUF DER GRUNDLAGE DES ENTOURAGE-EFFEKTS (SELWAK)

Cannabis sativa L. ist eine der ältesten Nutzpflanzen, die als Fasern, Nahrungsmittel und Medikamente verwendet wird. Cannabis ist durch das psychoaktiv wirkende THC bekannt. Das therapeutische Potenzial von medizinischem Cannabis (THC < 0,2%) ist jedoch aufgrund von nicht-psychoaktiven Verbindungen wie den Cannabinoiden, Terpenen und Flavonoiden wesentlich vielfältiger. Der Begriff "Entourage-Effekt" bezieht sich auf die therapeutische Wirkung aufgrund der Interaktion dieser Substanzen, die anstelle einer einzelnen Verbindung synergistisch wirken.

Ziel des Projekts ist, die Entwicklung und Optimierung eines Selektionsschemas für die Selektion von Genotypen auf der Grundlage des Entourage-Effekts zur Behandlung von Schlaflosigkeit, Depression, Anorexie und Muskelschmerzen. Gegenwärtig liegt der Fokus des Zuchtprozesses bei medizinischem Cannabis auf der Selektion einzelner Cannabinoide, jedoch kann die Kombination der verschiedenen Verbindungen zu einzigartigen Ergebnissen führen. Die Zuchtlinien, die auf der Grundlage des Entourage-Effekts bei medizinischem Cannabis ausgewählt werden, sind derzeit noch unerforscht. Darüber hinaus gibt es nur wenige Studien über den Entourage-Effekt der oben genannten Krankheiten.

ENTWICKLUNG EINER CANNABIS GENETIK MIT INDOOR-ANBAUSYSTEM UND EINER CANNABIS NANOFORMULIERUNG (GENCAN)

In Deutschland leiden bis zu 5% der Bevölkerung an neuropathischen Schmerzen. Neuropathische Schmerzen werden mit Antidepressiva und Antiepileptika behandelt. Cannabis Sativa L. könnte als wirkungsvolle Alternative bei Patienten mit neuropathischen Schmerzen eingesetzt werden. Ein Cannabismedikament für die Indikation neuropathische Schmerzen ist in Deutschland jedoch nicht zugelassen. Zur Generierung des Rohstoffs für das Medikament ist jedoch die Entwicklung der Wirkzusammenhänge zwischen der Genetik und einem Indoor-Anbausystem zur Erzielung eines CBD-reichen Ausgangsrohstoffs erforderlich. Hierzu ist es u.a. erforderlich die schwankenden Gehalte der Hauptwirkstoffe (THC, CBD) bzw. der weiteren Cannabinoide in den bislang verfügbaren Genetiken zu standardisieren und die Interaktionen zwischen Genetik und Umweltfaktoren im Hinblick auf die Cannabinoidgehalte zu klären.

THC-FREIE EXTRAKTION UND HERSTELLUNG VON WASSERLÖSLICHEN HANFEXTRAKTEN

Cannabinoide wie CBD (Cannabidiol) weisen nicht nur in der Medizin, sondern auch im Lebensmittel-, Kosmetik-, und Wellnessbereich ein enormes Potenzial auf. Bereits heute besteht großes Interesse daran, Cannabinoid-Extrakte einer Reihe von Lebensmittelprodukten wie Getränken, Kaffee, Produkten mit hohem Proteingehalt und Schokolade hinzuzufügen. Bisher ist die Instabilität von CBD und anderer Cannabinoide in diesen Lebensmittelmatrizen eine der größten Herausforderungen für die industrielle (Weiter-)Verarbeitung. Durch die Entwicklung gebrauchsfertiger Formulierungen, die a) stabil und b) frei von THC sind, will Becanex zum Hauptlieferanten für Cannabinoid-Extrakte für die Lebensmittelindustrie werden.

Becanex (Berlin Cannabis Extraction) ist ein High-Tech Food Startup, das sich auf die Extraktion von Cannabinoiden und weiteren Phytochemikalien aus Industriehanf spezialisiert hat. Das Unternehmen produziert hochwertige CBD-Extrakte und entwickelt für seine Kunden Produkte im Lebensmittel und Kosmetikbereich. Basis dafür ist das eigens entwickeltes und patentiertes One-Step-Extraktionsverfahren. Dieses ist besonders schonend, wodurch weitaus mehr der wertvollen Inhaltsstoffe erhalten bleiben als bei herkömmlichen Verfahren.

In naher Zukunft möchte Becanex das Marktpotenzial seiner Produkte erheblich erweitern und dadurch einen enormen Wachstumsschritt realisieren. Dafür wird das Unternehmen für die Lebensmittelindustrie Produktformulierungen entwickeln, die in einer Vielzahl von gängigen Verarbeitungsverfahren stabil bleiben. Weiter wird Becanex sicherstellen, dass diese Formulierungen frei von THC sind. Dazu wird man eine Methode zur selektiven Entfernung von THC aus dem Hanfextrakt entwickeln. Mit der Zusage der ZIM-Förderung plant das Unternehmen die Entwicklung bis Ende 2022 abzuschließen. Darüber hinaus steht Becanex Kooperationen mit anderen Unternehmen zur Entwicklung neuer Produkte offen gegenüber.