Neue Biokunststoffe aus Proteinen

Biomaterialien aus nachwachsenden Rohstoffen bilden seit fast 25 Jahren einen Schwerpunkt am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP in Potsdam-Golm. Bisher lag der Fokus auf pflanzlichen Rohstoffen wie Cellulose, Stärke oder Lignin. Jetzt entwickeln die Forscher auch Biomaterialien aus Proteinen. Zwei neue Abteilungen befassen sich mit dem Thema.

"Funktionsintegrierte Polymerfilme" sind der Schwerpunkt der gleichnamigen neu gebildeten Abteilung am Fraunhofer IAP. Unter der Abteilungsleitung von Dr. Murat Tutuş erweitert das Institut damit ab Juli 2016 das Forschungsspektrum des Instituts. Konservierende Frischhaltefolien für die Verpackung frischer Nahrungsmittel wie zum Beispiel Käse sind ein Thema, das im Fokus der Forschung steht. "Wir beschichten Folien mit natürlichen Proteinen, die auf der Oberfläche des Lebensmittels konservierend wirken. Der Clou ist, dass das natürliche Konservierungsmittel selber nicht in die Nahrung eindringt, weshalb die Nahrungsmittel naturbelassen bleiben. Ein wichtiger Aspekt in Zeiten sinkender Kundenakzeptanz für Konservierungsmittel", erklärt Tutuş.

Durch die Kombination der vielseitigen Kompetenzen des Instituts möchte das Forscherteam Produkte "komplett aus einer Hand" entwickeln: Künftig sollen im Fraunhofer IAP entwickelte biobasierte Folien beschichtet werden. Auch die IAP-Expertisen zu Oberflächentechnologien und der Biotechnologie im Haus werden genutzt. "Das Beschichtungssystem werden wir auch einsetzen, um Nachweisstreifen zu entwickeln, die die Frische von Lebensmitteln anzeigen oder mit denen die Einhaltung von Kühlketten sichtbar gemacht werden kann", sagt Tutuş. Die Entwicklung und Untersuchung von funktionalisierten Membranen sowie neuer Membranmaterialien und Folien sind weitere Schwerpunkte der Abteilung.

Die Nutzung von Keratinen aus Schlachtabfällen steht unter anderem im Fokus der Abteilung "Funktionale Proteinsysteme/Biotechnologie" unter der Leitung von IAP-Chef Prof. Alexander Böker. Keratine sind Strukturproteine, die nicht nur unseren Haaren die Form verleihen. Sie kommen zum Beispiel auch in Schnäbeln, Hufen, Fell oder Federn vor. "Normalerweise werden solche tierischen Reststoffe verbrannt oder zu Tierfutter verarbeitet. Wir möchten das Keratin aus den Schlachtabfällen nutzbar machen, indem wir daraus Materialien entwickeln. Federn eignen sich dafür besonders, da sie zu etwa 90 Prozent aus Keratinen bestehen und eine sehr definierte Zusammensetzung haben", erklärt der Biologe und Chemiker Dr. Ruben R. Rosencrantz aus Bökers Team. Keratine können beispielsweise Formaldehyd aus der Raumluft entfernen und somit als Filtermaterial bei der Sanierung formaldehydbelasteter Gebäude eingesetzt werden. Zudem haben sie auch die Eigenschaft, Schwermetalle binden zu können.

Als Basis für einen Werkstoff, bzw. ein Material werden Keratine bisher noch nicht genutzt. Industriell wird das Strukturprotein beispielsweise in Form eines Hydrolysats als Zusatzstoff in Shampoos eingesetzt. Seit etwa einem Jahr entwickelt das Forscherteam um Prof. Böker unter anderem Regeneratfasern aus Keratin. "Um die Materialeigenschaften zu erhalten, möchten wir das Protein intakt lassen. Gerade erforschen wir geeignete Verfahren, um Keratin verspinnbar zu machen", so Rosencrantz. Im institutseigenen Spinntechnikum greifen die Wissenschaftler dabei auf die umfangreichen und langjährigen Erfahrungen des Fraunhofer IAP im Bereich biobasierter Fasern aus Cellulose zurück.

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