Prof. Dr. Markus Pietzsch
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30.06.2005

Es wurden Verfahren zur Herstellung verschiedener Werkstoffe aus reinen Proteinen (Casein, Gelantine), Protein-Stärke-Mischungen sowie Roggenmehl-Protein-Mischungen entwickelt und die Zusammensetzung optimiert. Durch Gießen können Folien, durch Ausrollen Prüfkörper und durch Extrusion bei verschiedenen Temperaturen (thermoplastische Verarbeitung) Stränge mit verschiedenen Zusammensetzungen hergestellt werden. Es zeigte sich, dass der Proteinanteil im Roggenmehl allein für eine Quervernetzung entweder nicht ausreichend ist, oder nicht ausreichend zugänglich ist. Die Werkstoffe wurden bezüglich der Zugfestigkeit, der Elastizität und einige Folien auch bezüglich des Auflösungsverhaltens und der Sauerstoffdurchlässigkeit charakterisiert. Insgesamt sind deutliche Unterschiede im Verhalten der beiden untersuchten Proteine Casein und Gelatine zu erkennen. Aufgrund der Ergebnisse konnten die Produkte in drei Gruppen eingeteilt werden: geringe Zugfestigkeit (< 10 MPa) bei hoher Dehnung (50 - 100 %), hohe Festigkeit (über 50 MPa) bei geringer Dehnung (< 10 %) sowie mittlere Werte bei beiden Eigenschaften (15 bis 30 MPa, 10 bis 30 %). Die Festigkeit der Produkte der dritten Gruppe liegt im Bereich des auf Ölbasis hergestellten Polymers low density Polyethylen (LDPE), das kommerziell für die Herstellung von Folien verwendet wird. Die Dehnungsfähigkeit dieser Produkte (z. B. Folien aus Casein -Stärkemischung) ist gleichzeitig ausreichend, um für eine Reihe von Anwendungen nutzbar zu sein. Bei geeigneter Verfahrensführung und Materialkomposition ist es möglich, mit der enzymatischen Vernetzung höhere Festigkeiten und Dehnungen als beim enzymfreien Ansatz zu erreichen. Neben den mechanischen Kennwerten wurden auch Untersuchungen von nutzungsnahen Eigenschaften wie der Sauerstoffdurchlässigkeit und der Wasserlöslichkeit durchgeführt. Bei Folien aus Casein bzw. Casein/Stärkemischungen sank die Wasserlöslichkeit infolge einer enzymatischen Quervernetzung deutlich.

Gegenstand des Projektes ist die Aufklärung und grundlegende Verfahrensentwicklung zur enzymatischen Vernetzung von Proteinen in nachwachsenden Rohstoffen, insbesondere in stärkehaltigen Pflanzen, durch das eine thermoplastische Verarbeitung der Rohstoffe möglich wird und ihr Einsatz als Werkstoff in verschiedenen Anwendungsbereichen erschlosssen werden kann. Die Untersuchungen und Entwicklungen erfolgen für die enzymatische Quervernetzung von Proteinen (Mechanismen und Arten) in Getreiedemehlen, proteinreichen Naturstoffen (Kasein, Gelatine) und in deren Blends sowie für Verfahren der thermoplastischen Verarbeitung (Extrusion, Spritzguss, Giessfolien). Analytisch und experimentell werden die Gebrauchseigenschaften, insbesondere die mechanischen Kennwerte, in Abhängigkeit der Rezepturen und Vernetzungs- bzw. Verfahrensbedingungen ermittelt und für die applikativen Anwendungen aufbereitet. Die Ergebnisse sind Bedingung für Anwendungsprojekte (Herstellung von Platten, Profilen, Formteilen und Folien, insbesondere mit spefizischen Anwendungseigenschaften), sowie für die Züchtung von Getreide (nachfolgend Anbau), die mit Praxispartnern überführt werden.