Biobasierte Bindemittel

Biobasierte Bindemittel auf Basis pflanzlicher Rohstoffe

Die vielseitigen Funktionalitäten von Proteinen, Kohlenhydraten und Lipiden erlauben ihren Einsatz in verschiedenen technischen Produkten zur Substitution von erdölbasierten oder synthetischen Produktkomponenten, wie beispielsweise Bindemittel. Vor allem pflanzliche Proteine, die sich von Natur aus durch ihre funktionellen Eigenschaften auszeichnen, bieten hier eine große Bandbreite an Möglichkeiten.

Die Funktionalitäten können durch eine gezielte Rohstoffauswahl und durch an das Zielprodukt angepasste Gewinnungs- und Fraktionierungsverfahren beeinflusst werden. Darüber hinaus bieten wir zur Einstellung von bestimmten Eigenschaften eine maßgeschneiderte und produktschonende Modifikation der gewonnenen Proteinprodukte an. Dafür verwenden wir neben nasschemische Methoden auch enzymatische und physikalische Verfahren.

Gezielte Nutzung von Reststoffen der Agrar- und Lebensmittelindustrie

Zur Erzeugung von Proteinfraktionen und Proteinisolaten, die im weiteren als Bindemittel eingesetzt werden können, konzipieren wir effiziente Verfahren zur Gewinnung aus verschiedenen pflanzlichen Roh- und Reststoffen. Der Fokus liegt hierbei vor allem auf der Verwertung der in der Lebensmittelindustrie und Agrarindustrie ungenutzten Nebenströme mit dem Ziel sowohl die Nachhaltigkeit der technischen Produkte, in denen die biobasierten Bindemittel eingesetzt werden, als auch der Lebensmittelherstellung zu steigern.

Um die optimale Anwendbarkeit der funktionellen Proteine zu gewährleisten, unterstützen wir Sie gern bei der Entwicklung von geeigneten Produktformulierungen. Unsere Entwicklungen erfolgen im Labor und können in unseren Pilotanlagen bis zu einem Maßstab von 300 l übertragen werden.

Bei der Rohstoffauswahl zur Herstellung biobasierter Bindemittel setzen wir vermehrt auf die Nutzung von landwirtschaftlichen Rest- und Abfallströmen, die für den Verzehr ungeeignet sind, um die Konkurrenz zur Nahrungs- und Futtermittelproduktion zu vermeiden. Beispielsweise nutzen wir den Presskuchen aus der pflanzlichen Ölproduktion, der einen hohen Anteil an ungenießbaren Bitterstoffen enthält.

Zur Rohstoffauswahl erfolgt neben einer Analyse und Bewertung der Rohstoffzusammensetzung und des funktionellen Potenzials auch die Betrachtung wirtschaftlicher Aspekte wie das Marktvolumen und die Verfügbarkeit.

Neben der Entwicklung von funktionellen Produkten für den Einsatz als Bindemittel ist es unser Ziel ungenutzte Stoffströme, im Sinne der Bioökonomie und der ganzheitlichen Rohstoffnutzung, zu erschließen und wertgebend weiter zu verarbeiten.

Proteine eignen sich zur Herstellung biobasierter Bindemittel besonders gut. Sie wirken je nach Gewinnungs- und Verarbeitungsprozess emulgierend, schaumbildend, filmbildend, gelbildend, klebend oder benetzend. Mit ihren vielseitigen Funktionalitäten steckt in den Proteinen ein großes Potenzial für die technische Industrie.

Zur Herstellung von maßgeschneiderten Proteinprodukten für den Einsatz als biobasierte Bindemittel können wir folgende Verarbeitungsschritte gezielt anpassen:

• Gewinnungsverfahren
• Fraktionierungsverfahren
• Modifizierungsverfahren

Die Gewinnung von Proteinisolaten und Proteinfraktionen erfolgt mittels Fällung, Ultrafiltration oder kombinierten Prozessen. Um Proteinprodukte mit möglichst großer Ausbeute und zugleich mit hohen funktionellen Eigenschaften im Blick auf die Anwendung als Bindemittel zu erhalten, passen wir die Gewinnungs- und Fraktionierungsverfahren spezifisch an die Rohstoffe an.

Durch anschließende Modifikationen können verschiedene Funktionen der Proteinprodukte weiter angepasst werden. Dazu nutzen wir sowohl enzymatische, chemische als auch physikalische Verfahren.

Sämtliche Aspekte zur maßgeschneiderten Funktionalisierung der Proteine zum Einsatz als Bindemittel sind auch auf andere Stoffklassen wie Kohlenhydrate und Lipide übertragbar.

Für einen erfolgreichen Einsatz der gewonnenen pflanzlichen Produkte als Bindemittel ist eine möglichst genaue Charakterisierung erforderlich. Dazu gehören die qualitative und quantitative Untersuchung der Zusammensetzung ebenso wie die Erstellung eines funktionellen Eigenschaftsprofils.

Die wichtigste Voraussetzung zur Applikation von Proteinen, Kohlehydraten und Lipiden ist ihre gute Einformulierung in das jeweilige Zielmedium. Aus diesem Grund ist es unerlässlich, das Löslichkeitsprofil der hergestellten Produkte zu ermitteln. Filmbildende Eigenschaften sind ein wichtiger Parameter für den Einsatz der pflanzlichen Rohstoffe in Bindemitteln für verschiedene Anwendungen, um eine komplette Beschichtung zu gewährleisten.

Je nach Untergrund (oder Substrat) spielt für die Kompatibilität der biobasierten Produkte auch deren Oberflächenenergie eine wichtige Rolle. Besonders wichtig ist dies, wenn die pflanzlichen Rohstoffe als natürliche Tenside z. B. in Personal & Homecare Produkten eingesetzt werden oder als Reibungsverminderer in Bioschmierstoffen oder als biobasierte Barrierebeschichtung. Je nach Anwendungszweck können weitere spezifische Untersuchungen der Funktionalität vorgenommen werden.  

Je nach Zielanwendung und Rohstoff prüfen wir, wie eine Substitution von erdölbasierten oder synthetischen Produktkomponenten erfolgen kann. Dazu werden die pflanzlichen Produkte als Bindemittel in Modell- oder Produktformulierungen eingearbeitet. Eine Bewertung der entstehenden Muster kann im Hinblick auf folgende Aspekte erfolgen:

• Ermittlung relevanter Produkteigenschaften
  
• Stabilität der Formulierung (Temperatur, Licht, Lagerdauer, etc.)
• Wechselwirkungen der pflanzlichen Inhaltsstoffe zu weiteren Formulierungsbestandteilen
• Ggf. Formulierungsanpassung
• Vergleichende Bewertung mit kommerziell verfügbaren Mustern/Produkten
• Wirtschaftlichkeitsbetrachtung und die Möglichkeit zur industriellen Umsetzung