H.-D. Jansen
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31.03.2000

Für die Herstellung von Protein-Polysaccharid-Verbunden wurden folgende Proteine, teilweise in Form von Isolaten, geprüft: Kartoffel, Erbse, Lupine, Leinsaat, Raps, Sonnenblume, Mais- und Weizenkleber. Die von Firmen (Cerestar, BMA AG, Dena) gespendeten und die vom IVV Freising bereitgestellten Proteinproben hatten Proteingehalte von ca. 75 % bis 95 %. Als Verbundpartner wurden wässrige Emulsionen nativer Stärke, teilabgebauter Stärke, hydrophobe Stärke, Dialdehydstärke sowie Stärkekombinationen als auch Emulsionen mit nativem oder oxidiertem Öl untersucht. Im Ergebnis des Projekts konnte die Strukturbildung der Werkstoffe durch die Anwendung geeigneter Druck-Hitze-Regime erreicht werden. Bei Temperaturen von ca. 120 °C und Drücken von 12 bar konnte bei den untersuchten Proteinen der Übergang vom festen in den flüssigen Aggregatzustand festgestellt werden. Hierdurch kommt es zur Auffaltung der Proteine aus dem Speicherzustand und es bietet sich die Möglichkeit zur Neustrukturierung. Dieser Neustrukturierung liegen mutmaßlich die Ausbildung von Disulfidbindungen, Wasserstoffbrücken und hydrophobe Wechselwirkungen zugrunde. Im Rahmen des Vorhabens konnten Verbunde aus Proteinen und Polysacchariden mit einem sehr breiten Spektrum am mechanischen Eigenschaften hergestellt werden. Die Festigkeitseigenschaften können durch die Auswahl der Komponenten und Herstellungsparameter eingestellt werden. Sie erlauben die Herstellung spröder und viskoelastischer Formkörper deren Eigenschaften mit denen herkömmlicher Thermoplaste weitgehend vergleichbar sind. Maiskleber und Kartoffelprotein eignen sich eher für feste Materialien, Weizenkleber verlieh diesen eher viskoelastische Eigenschaften. Hydrophobe Stärke bewirkt eine Verstärkung der viskoeleastischen Eigenschaften. Ein ähnlicher Effekt ist durch Zugabe von Emulsionen mit nativen oder oxidiertem Öl zu erreichen.

Ziel des Vorhabens war die Entwicklung von neuartigen Werkstoffen auf Basis von Polysacchariden und Proteinen. Es sollten die Voraussetzungen zur Ausnutzung umweltverträglicher Vernetzungsreaktionen (chemisch und enzymatisch) für die Herstellung von Biowerkstoffen aus Protein-Polysaccharid-Gemischen geschaffen werden. Die Forschungsarbeiten konzentrierten sich auf Vernetzungsreaktionen zwischen pflanzlichen Proteinen im Gemisch mit pflanzlichen Ölen und modifizierten Stärkesacchariden unter Einbeziehung von Hitze und Druck. Durch gezielte Nutzung und Steuerung von inter- und intramolekularen Vernetzungsreaktionen sollten die physikalischen Eigenschaften von Biowerkstoffen (z.B. zur Herstellung von Folien, Formkörpern etc.) gezielt einstellbar sein und die Anwendungsbreite für Werkstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen erweitert werden. Die strukturellen, physikalischen und chemischen Untersuchungen sollten dazu dienen, die Anwendungseignung von pflanzlichen Proteinen und modifizierten Stärken besser einschätzen zu können und die Festlegung geeigneter modifizierter pflanzlicher Rohstoffe für weitere Forschungen auf dem Werkstoffgebiet zu ermöglichen.