Precis som cellulosa, lignin och fetter, proteiner är förnybara råvaror. Deras potential för den kemiska industrin är i stort sett outnyttjad. Forskargrupper vid Fraunhofer Institute for Process Engineering and Packaging IVV samarbetar med partners för att ändra allt detta, Tanken är att använda vegetabiliska proteiners lovande tekniska funktionella egenskaper för industriella tillämpningar. Syftet med TeFuProt -projektet är att gå bort från petroleum och mer använda förnybara råvaror.

Även om proteiner från vegetabiliska källor spelade en nyckelroll i den kemiska industrin för hundra år sedan, som bindemedel eller lim till exempel, deras användning har minskat sedan den petrokemiska industrins boom. De partner som är involverade i TeFuProt -projektet, namnet är förkortning för technofunctional protein (se ruta), syftar till att ändra allt detta och skaffa proteiner för industriella tillämpningar från jordbruksavfallsprodukter. Syftet med denna bioekonomiska ansats är att motverka bristen och den långsiktiga prisökningen på fossila råvaror och använda förnyande råvaror som ett alternativ till petroleum.

Raps som proteinkälla

Förädlingen av jordbruksråvaror som raps resulterar i stora mängder protein. Dessa proteiner är en biprodukt av återvinning av rapsolje, en process som pressar ut olja ur fröet. Proteininnehållande biprodukter, så kallad rapsmjöl och rapspresskaka, är kvar. "Ända tills nu, denna rest har huvudsakligen använts som livsmedel i boskapsuppfödningen. Men denna användning är begränsad på grund av de bittra ämnen som finns, " förklarar Andreas Fetzer, forskare vid Fraunhofer Institute for Process Engineering and Packaging IVV i Freising. På grund av deras funktionella egenskaper, såsom förmågan att bilda skum, geler och filmer, och deras förmåga att hålla kvar vatten, proteinfraktionerna av presskakan av raps har en enorm potential för ett brett spektrum av tekniska tillämpningar. De är idealiska som tillsatser för färger, lacker, lim, smörjmedel, byggmaterial, rengöringsmedel och polymerer. "De vegetabiliska proteinerna öppnar dörren till utvecklingen av nya, hållbar, biobaserade produkter med förbättrade egenskaper, "förklarar Fetzer. Och detta minskar också vårt beroende av fossila resurser och driver fram klimatvänlig produktion.

Forskare vid Fraunhofer Institute for Process Engineering and Packaging IVV fick i uppdrag att undersöka hur man isolerar proteinerna från rapsmjölet och rapspresskakan och utvecklar de processer som krävs. De var också ansvariga för proteinmodifieringen och pre-formuleringen på ett sådant sätt att de kan levereras till utvecklingspartnerna för tester antingen i form av torkat pulver eller i flytande lösning. De teknofunktionella egenskaperna som löslighet, skummande och emulgerande beteende, såväl som filmbildande egenskaper analyserades också. Förutom Fraunhofer Institute for Process Engineering and Packaging IVV, ANiMOX GmbH och Naturstoff-Technik GmbH (2014-2017) fick också förtroendet att tillverka och förädla proteinet.

Alternativa bindemedel i färger och lacker

Speciellt de filmbildande egenskaperna gav övertygande testresultat:"Vid torkning av proteiner lösta i vatten, till vilken en biobaserad mjukgörare tillsattes, i en petriskål, vattnet avdunstar och proteinerna tvärbinds för att bilda en stabil film. Således, proteiner är främst lämpliga som alternativa bindemedel i färger och lacker, träbetsar eller parkettbeläggningar som vanligtvis innehåller petroleumbaserade råvaror. akrylater, till exempel, kan ersättas med proteinpreparat, " förklarar Fetzer. Dessutom, proteinerna visar förmågan att effektivt binda färgämnen eller fungera som barriärer. Detta visade en extra fördel med den proteinbaserade beläggningen, särskilt inom träsektorn:Färgämnena förhindrades effektivt från att "blöda" ut ur träet.

Fetzer och hans kollegor lyckades återvinna fyra typer av protein genom fyra distinkt olika processer. "Vi avoljar, mala och lösa upp rapsfrökakan i vatten. Blandningen centrifugeras sedan för att separera de fasta ämnena från vätskorna. Efter det, vi förfinar det vattenhaltiga extraktet med de lösta proteinerna, " säger forskaren som beskriver processsekvensen. Proteinisolaten som återvinns har ofta en proteinhalt på över 90 procent.

Chans att skapa banbrytande innovationer

Det långsiktiga projektarbetet av de totalt 18 partnerna har producerat en rad lovande produkter, av vilka några redan finns tillgängliga som prototyper. Dessa inkluderar biologiskt nedbrytbara filmer som förpackningsmaterial för tvättmedelspåsar, till exempel, eller som växtskydd, samt fiberskivor från produktionsrester, och bindemedel modifierade med rapsprotein. Flamskyddande isolerskum för byggindustrin eller formskum för förpackningar, fiberskydd och färgöverföringshämmare i miljövänliga tvättmedel, förtjockningskomponenter för smörjmedel eller bindemedel för smörjning av lacker och tillsatser i universella rengöringsmedel för träytor kompletterar listan med innovativa lösningar. "I många fall, vi har framgångsrikt integrerat proteinerna i produkterna och skapat egenskaper med mervärde, " säger forskaren. Nästa steg syftar till att optimera preparaten och göra dem färdiga för marknaden. Partnernas långsiktiga mål är att ersätta petrokemibaserade produkter med biobaserade i stor skala och skapa mervärde genom användningen av vegetabiliska proteiner.