Net als cellulose, lignine en vetten, eiwitten zijn hernieuwbare grondstoffen. Hun potentieel voor de chemische industrie blijft grotendeels onbenut. Onderzoeksteams van het Fraunhofer Institute for Process Engineering and Packaging IVV werken samen met partners om dit allemaal te veranderen, het idee is om de veelbelovende technofunctionele eigenschappen van plantaardige eiwitten te gebruiken voor industriële toepassingen. Het doel van het TeFuProt-project is om af te stappen van aardolie en meer gebruik te maken van hernieuwbare grondstoffen.

Hoewel eiwitten uit plantaardige bronnen honderd jaar geleden een sleutelrol speelden in de chemische industrie, als bindmiddel of lijm bijvoorbeeld, het gebruik ervan is afgenomen sinds de hausse van de petrochemische industrie. De partners die betrokken zijn bij het TeFuProt-project, de naam staat voor technofunctioneel eiwit (zie kader), willen dit alles veranderen en uit agrarische afvalproducten eiwitten voor industriële toepassingen halen. Het doel van deze bio-economieaanpak is om de schaarste en langdurige prijsstijging van fossiele grondstoffen tegen te gaan en vernieuwende grondstoffen in te zetten als alternatief voor aardolie.

Koolzaad als eiwitbron

Bij de verwerking van agrarische grondstoffen zoals koolzaad ontstaan ​​grote hoeveelheden eiwit. Deze eiwitten zijn een bijproduct van de winning van koolzaadolie, een proces waarbij olie uit het zaad wordt geperst. Eiwitbevattende bijproducten, zogenaamd koolzaadmeel en koolzaadperskoek, zijn achtergebleven. "Tot nu toe, dit residu is vooral gebruikt als voedingsmiddel in de veehouderij. Maar dit gebruik is beperkt vanwege de bittere stoffen die erin zitten, " legt Andreas Fetzer uit, wetenschapper aan het Fraunhofer Instituut voor procestechniek en verpakking IVV in Freising. Door hun functionele eigenschappen, zoals het vermogen om schuim te vormen, gels en films, en hun vermogen om water vast te houden, de eiwitfracties van de koolzaadperskoek hebben een enorm potentieel voor een breed scala aan technische toepassingen. Ze zijn ideaal als additieven voor verven, vernissen, lijmen, smeermiddelen, bouwstoffen, detergenten en polymeren. "De plantaardige eiwitten openen de deur naar de ontwikkeling van nieuwe, duurzaam, biobased producten met verbeterde eigenschappen, ", legt Fetzer uit. En dit vermindert ook onze afhankelijkheid van fossiele hulpbronnen en stimuleert klimaatvriendelijke productie.

Onderzoekers van het Fraunhofer Instituut voor Procestechniek en Verpakkingen IVV kregen de opdracht om te onderzoeken hoe de eiwitten uit het koolzaadmeel en de koolzaadperskoek kunnen worden geïsoleerd en de daarvoor benodigde processen te ontwikkelen. Ze waren ook verantwoordelijk voor de eiwitmodificatie en pre-formulering op een zodanige manier dat ze aan de ontwikkelingspartners kunnen worden geleverd voor tests, hetzij in de vorm van gedroogde poeders of in vloeibare oplossing. De technofunctionele eigenschappen zoals oplosbaarheid, schuimend en emulgerend gedrag, evenals filmvormende eigenschappen werden ook geanalyseerd. Naast het Fraunhofer Instituut voor Procestechniek en Verpakkingen IVV, ANiMOX GmbH en Naturstoff-Technik GmbH (2014-2017) werden ook belast met de productie en raffinage van het eiwit.

Alternatieve bindmiddelen in verven en vernissen

Vooral de filmvormende eigenschappen leverden overtuigende testresultaten op:"Na drogen in water opgeloste eiwitten waaraan een biobased weekmaker is toegevoegd, in een petrischaal, het water verdampt en de eiwitten verknopen tot een stabiele film. Dus, eiwitten zijn vooral geschikt als alternatieve bindmiddelen in verven en vernissen, houtbeitsen of parketcoatings die meestal op aardolie gebaseerde grondstoffen bevatten. acrylaten, bijvoorbeeld, kan worden vervangen door eiwitpreparaten, " legt Fetzer uit. Bovendien de eiwitten vertonen het vermogen om kleurstoffen efficiënt te binden of als barrières te fungeren. Dit toonde een bijkomend voordeel van de op eiwit gebaseerde coating, vooral in de houtsector:de kleurstoffen werden effectief verhinderd om uit het hout te "bloeden".

Fetzer en zijn collega's hebben met succes vier soorten eiwitten teruggewonnen via vier duidelijk verschillende processen. "Wij ont-oliën, maal en los de koolzaadperskoek op in water. Het mengsel wordt vervolgens gecentrifugeerd om de vaste stoffen van de vloeistoffen te scheiden. Daarna, we verfijnen het waterige extract met de opgeloste eiwitten, " zegt de wetenschapper die de procesvolgorde beschrijft. De teruggewonnen eiwitisolaten hebben vaak een eiwitgehalte van meer dan 90 procent.

Kans om baanbrekende innovaties te creëren

Het langdurige projectwerk van de in totaal 18 partners heeft een reeks veelbelovende producten opgeleverd, waarvan sommige al als prototype beschikbaar zijn. Deze omvatten biologisch afbreekbare films als verpakkingsmateriaal voor wasmiddelzakjes, bijvoorbeeld, of als plantenbedekking, evenals vezelplaat van productieresten, en bindmiddelen gemodificeerd met raapzaadeiwit. Vlamvertragende isolatieschuimen voor de bouwsector of vormschuimen voor verpakkingen, vezelbescherming en kleurstofoverdrachtremmers in milieuvriendelijke wasmiddelen, verdikkingscomponenten voor smeer- of bindmiddelen voor smerende lakken en additieven in universele reinigingsmiddelen voor houten oppervlakken completeren de lijst met innovatieve oplossingen. "Vaak, we hebben de eiwitten met succes in de producten geïntegreerd en eigenschappen met toegevoegde waarde gegenereerd, ", zegt de onderzoeker. De volgende stappen zijn erop gericht de preparaten te optimaliseren en marktklaar te maken. Het langetermijndoel van de partners is om op grote schaal petrochemische producten te vervangen door biobased producten en toegevoegde waarde te creëren door het gebruik van plantaardige eiwitten.