Valorization of kitchen waste via garbage enzyme fermentation: optimization and formulation of a sustainable bio-shampoo

Jeden Tag erzeugen Haushalte auf der ganzen Welt einen stetigen Strom an organischen Abfällen: Fruchtschalen, Gemüsereste und Essensreste. Wenn dieses Material auf Deponien landet, zersetzt es sich ohne Sauerstoff, ein Prozess, der Methan freisetzt – ein potentes Treibhausgas, das Wärme weitaus effektiver als Kohlendioxid in der Atmosphäre einschließt. Seit Jahrzehnten suchen Wissenschaftler und Umweltschützer nach Wegen, dieses Problem in eine Lösung zu verwandeln, indem sie über die bloße Entsorgung hinausgehen hin zu einem System, in dem Abfall zu einer Ressource wird. Einer dieser Ansätze beinhaltet eine Technik, die als Abfallenzym-Fermentation bekannt ist. Diese Methode beruht auf einer einfachen Mischung aus organischem Abfall, einer Zuckerquelle und Wasser, die in einem versiegelten Behälter fermentiert wird. Im Laufe der Zeit bauen natürliche Mikroorganismen die komplexen Strukturen des Lebensmittelabfalls ab und verwandeln sie in eine Flüssigkeit, die reich an organischen Säuren und Enzymen ist. Diese biologischen Werkzeuge können Schmutz lösen, Fette abbauen und sogar als Reinigungsmittel dienen, was eine Möglichkeit bietet, häuslichen Abfall zu etwas Nützlichem für das Heim und die Umwelt zu recyceln.

Ein Forscher an der High School for the Gifted in Ho Chi Minh Stadt, Vietnam, setzte sich kürzlich das Ziel, diesen Prozess zu verfeinern und zu sehen, ob die resultierende Flüssigkeit in ein Körperpflegeprodukt umgewandelt werden kann. Das Ziel war es, ein Shampoo zu kreieren, das das Haar reinigt, ohne harsche, auf Erdöl basierende Chemikalien zu verwenden, während gleichzeitig bewiesen werden sollte, dass Küchenabfälle in ein hochwertiges, sicheres und effektives Konsumgut umgewandelt werden können. Die Studie konzentrierte sich auf zwei Hauptfragen: wie man den Fermentationsprozess schneller und zuverlässiger macht und ob sich die resultierende Flüssigkeit zu einem Shampoo formulieren lässt, das sanft genug für die menschliche Anwendung ist.

Um diese Fragen zu beantworten, begann der Forscher damit, verschiedene Wege zur Vorbereitung der Inhaltsstoffe zu testen. Das Standardrezept für diese Art der Fermentation sieht ein bestimmtes Verhältnis von Zucker, Abfall und Wasser vor, aber der physische Zustand des Abfalls und die Art des verwendeten Zuckers waren bisher nicht streng verglichen worden. Der Forscher testete vier Variationen in der ersten Runde der Experimente. Einige verwendeten ganze, ungeschnittene Fruchtschalen und Gemüsereste, während andere Teile verwendeten, die in kleine Würfel von etwa einem halben Zentimeter bis zu einem Zentimeter Größe geschnitten waren. Auch die Zuckerquelle variierte, wobei einige Chargen raffinierten weißen Kristallzucker verwendeten und andere Melasse, einen dicken, dunklen Sirup, der nach der Zuckerproduktion übrig bleibt. Keiner dieser ersten Chargen erhielt irgendwelche hinzugefügten Bakterien oder Hefen; sie verließen sich vollständig auf die natürlich auf dem Lebensmittelabfall vorhandenen Mikroben. Nach dreißig Tagen waren die Ergebnisse enttäuschend. Die Mischungen mit ganzem, ungeschnittenem Abfall zeigten fast keine Anzeichen eines Abbaus. Selbst der gehackte Abfall fermentierte sehr langsam und schaffte es nicht, den starken, sauren Geruch zu entwickeln, der eine erfolgreiche Transformation anzeigt. Die natürlichen Mikroben auf dem Abfall waren einfach nicht ausreichend, um den Prozess innerhalb eines Monats effizient voranzutreiben.

Der Forscher führte daraufhin eine zweite Versuchsreihe ein, bei der diesmal eine kleine Menge eines kommerziellen mikrobiellen Starters namens Emzeo jeder Charge hinzugefügt wurde. Diese Zubereitung enthält spezifische Stämme von Bakterien und Pilzen, die dafür bekannt sind, Pflanzenfasern und Stärke abzubauen. Mit dieser Zugabe änderten sich die Ergebnisse dramatisch. Die Mischungen, die gehackten Abfall und Melasse verwendeten, transformierten sich am schnellsten und vollständigsten. In diesen Behältern löste sich der feste Lebensmittelabfall vollständig auf und hinterließ eine klare, hellbraune Flüssigkeit mit einer dicken, weißen Schicht mikrobiellen Lebens, die auf der Oberfläche schwamm. Diese Flüssigkeit hatte einen markanten, angenehmen Duft, der sowohl süß als auch sauer war, wie ein fruchtiges Essig-Aroma. Die anderen Kombinationen, wie etwa jene mit ganzem Abfall oder weißem Zucker, zeigten immer noch Anzeichen eines unvollständigen Abbaus oder eines schwächeren mikrobiellen Wachstums. Die Daten bestätigten, dass das Zerkleinern des Abfalls in kleine Stücke die verfügbare Oberfläche vergrößerte, auf der die Mikroben arbeiten konnten, und dass Melasse eine reichhaltigere Ernährung an Nährstoffen und Mineralien als raffinierter Zucker bot, was es den nützlichen Bakterien ermöglichte, sich schnell zu vermehren und die gewünschten Enzyme und Säuren in nur dreißig Tagen zu produzieren.

Nachdem der optimale Fermentationsprozess identifiziert worden war, testete der Forscher die Reinigungskraft der resultierenden Flüssigkeit. Die Flüssigkeit wurde gefiltert, um feste Partikel zu entfernen, und dann auf Glas-, Keramikfliesen- und Edelstahlflächen aufgetragen, die mit Motorenöl, Speisefett und synthetischem Sebum verschmutzt worden waren. Die Flüssigkeit funktionierte bemerkenswert gut. Innerhalb von fünf Minuten entfernte sie alle drei Arten hartnäckiger Flecken von den harten Oberflächen, ohne dass ein kräftiges Schrubben erforderlich war. Die Reinigungswirkung schien von einer Kombination von Faktoren zu kommen: Die Enzyme in der Flüssigkeit brachen die Fette und Proteine im Schmutz ab, während die natürlichen Säuren Mineralablagerungen auflösten und halfen, den Schmutz wegzuspülen. Dies demonstrierte, dass der fermentierte Abfall nicht nur eine theoretische Lösung, sondern ein praktisches, effektives Reinigungsmittel war.

Der letzte Schritt bestand darin, diese Reinigungsflüssigkeit in ein Shampoo zu verwandeln. Der Forscher nahm die am besten abschneidende fermentierte Flüssigkeit und mischte sie mit natürlichen Pflanzenextrakten, darunter solche aus der Gleditschia-Frucht, Zitronenschale und Zitronengras. Um der Mischung die richtige Textur und Dickflüssigkeit zu geben, wurden eine kleine Menge eines natürlichen Verdickungsmittels und Salz hinzugefügt. Das Ergebnis war eine klare, hellbraune Flüssigkeit mit einem frischen, kräuterlich-zitrusartigen Aroma. Bei der Anwendung ergab das Shampoo einen stabilen, reichhaltigen Schaum und hatte vor allem einen pH-Wert von 5,5. Dieser spezifische Säuregrad ist entscheidend, da er dem natürlichen pH-Wert der menschlichen Kopfhaut entspricht, was hilft, die Haut gesund zu halten und die Schuppenschicht des Haares glatt zu halten. Viele kommerzielle Shampoos sind eher alkalisch, was die natürlichen Öle entziehen und die Haut reizen kann. Diese neue Formulierung war jedoch völlig frei von Sulfaten, den harten Reinigungsmitteln, die in den meisten im Handel erhältlichen Shampoos enthalten sind und aus Erdöl gewonnen werden. Es reinigte das Haar effektiv, entfernte Fett, ohne es trocken oder geschädigt zurückzulassen.

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass es durch die sorgfältige Kontrolle der Größe der Abfallstücke, die Wahl der richtigen Zuckerquelle und die Zugabe eines spezifischen mikrobiellen Starters möglich ist, Küchenabfälle in nur einem Monat in ein hochleistungsfähiges, umweltfreundliches Shampoo zu verwandeln. Dieser Prozess bietet einen doppelten Nutzen: Er leitet organische Abfälle von Deponien ab, wodurch die Freisetzung schädlicher Treibhausgase reduziert wird, und schafft gleichzeitig ein nachhaltiges Produkt, das die Umwelt- und Gesundheitsbedenken im Zusammenhang mit synthetischen Chemikalien vermeidet. Die Forschung legt nahe, dass die Prinzipien der Kreislaufwirtschaft, bei der Abfall kontinuierlich neu verwendet wird, um neuen Wert zu schaffen, auf kleiner Ebene im Haushalt angewendet werden können, um Güter zu produzieren, die sowohl für den täglichen Gebrauch effektiv als auch schonend für den Planeten sind. Zukünftige Arbeiten werden sich darauf konzentrieren, die genauen Mengen der Enzyme in der Flüssigkeit zu messen und zu testen, wie lange das Shampoo im Regal stabil bleibt, aber die vorläufigen Ergebnisse bieten einen klaren und vielversprechenden Weg nach vorn für eine nachhaltige Körperpflege.