Das Projekt "Teilvorhaben 1: Enzymoptimierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Institut für Pharmazie, Arbeitsgruppe Aufarbeitung biotechnischer Produkte durchgeführt. Thema des geplanten Projektes ist die weitere Optimierung und Anwendung proteinbasierender Materialien zur Verwendung als Bindemittel zur Herstellung von Holzwerkstoffen. Im Rahmen des antragsgemäßen Projektes sollen die grundlegenden Forschungsergebnisse, die in einem Vorgängerprojekt erarbeitet wurden, konsequent in neue Verfahren und Produkte umgesetzt werden. Außerdem sollen offene Fragen geklärt und das Bindemittel weiter optimiert werden. Das antragsgemäße Projekt soll die gesamte Wertschöpfungskette von den Rohstoffen über die Material- und Verfahrensentwicklung bis hin zu Produkten abbilden. Außerdem soll untersucht werden, ob das Bindemittel entfernt und die Füllstoffe rezykliert werden können. Im Rahmen des Projektes mit der FKZ 22021807 wurde gezeigt, dass enzymatisch quervernetzte Proteine als Bindemittel im Formsandbau und zur Herstellung von Holzspanplatten geeignet sind. Als Enzym wurde das proteinquervernetzende Enzym Transglutaminase verwendet und optimiert. Damit wurden die Grundlagen für einen Ersatz konventioneller Bindemittel, die z. B. aus Harnstoff-Formaldehydharzen bestehen, gelegt. Im antragsgemäßen Verbundprojekt arbeiten zwei Partner zusammen: Teilprojekt A: Optimierung der protein-quervernetzenden Transglutaminase (Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Prof. Dr. Markus Pietzsch) Teilprojekt B: Verfahrensentwicklung neuer Pressverfahren unter Verwendung proteinogener Rohstoffe und der enzymatischen Quervernetzung (Institut für Holztechnologie Dresden gGmbH, Dr. Krug).
Das Projekt "Modellhafter Einsatz des Biokatalysators Transglutaminase zur Erhöhung der mikrobiologischen Sicherheit von Fisch und Fischprodukten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hannover, Institut für Lebensmittelwissenschaft durchgeführt. Zielsetzung und Anlass des Vorhabens:
Das Projekt verfolgt umweltrelevante und ökonomische Zielsetzungen, die durch enzymkatalysierte Texturverfestigung des Rohstoffs Fisch gelöst werden sollen. Die Schonung und bessere Nutzung der natürlichen Nahrungsquelle Fisch steht im Vordergrund. Außerdem sollen verringerte Verarbeitungsverluste und eine Ausweitung der Produktionskapazität den gestiegenen Bedarf an gesundheitsfördernden und sicheren Fischprodukten decken. Die Verarbeitung von Salzwasserfisch (Heilbutt) stellt wegen der wässrigen Textur (Wasserheilbutt) vieler Fangchargen ein bis heute ungelöstes Problem dar und führt aufgrund dieser schlechten Verarbeitungseigenschaften (mechanische und thermische Instabilität) zu hohen Gar- und Transportverlusten. Die Innovationsmethode enzymkatalysierte Texturverfestigung in Verbindung mit der Lakebehandlung soll die Rohstoff- und Verarbeitungsverluste verringern und somit das Schutzziel der ökologischen Nachhaltigkeit erfüllen. Das Produkt Süßwasserfisch (Regenbogenforelle) aus dem Aquafarming hat durch haftungsbedingte Bewegungsarmut ebenfalls Texturprobleme. Wegen einer höheren mikrobiologischen Primärkontamination besteht die Notwendigkeit einer ausreichenden Durcherhitzung (Pasteurisation) bei der Verarbeitung. Die Texturverfestigung soll hier temperaturstabile Rohstoffe liefern, die sich für die Verarbeitung zu neuartigen Fisch-Convenience-Produkten mit dreiwöchigem Schelflife im Kühlregal eignen. In Analogie zum Heilbutt soll auch hier eine ökologisch/ökonomische Bilanzierung durchgeführt werden.
Fazit:
Transglutaminase (Protein-Glutamin ?-Glutamyltransferase, EC 2.3.2.12) ist ein Enzym, das den Acyltransfer zwischen der ?-Carboxamidgruppe von peptid- oder proteingebundenem Glutamin und primären Aminen katalysiert. Fungiert die e-Aminogruppe von Lysinseitenresten desselben oder anderer Proteine als Nucleophil, entstehen e-(?-Glutamyl)-Lysin-Bindungen (e-(?-Glu)-Lys). Diese so genannten Isopeptidbindungen führen zu intra- bzw. intermolekularen Vernetzungen der Proteine. Diese enzymkatalysierte Proteinvernetzung beeinflusst die physikochemischen Eigenschaften des Endprodukts und begründet die lebensmitteltechnologische und biotechnologische Bedeutung von Transglutaminase als Verarbeitungshilfsstoff (Lösche, 2000). Es kommt zur Vernetzung nativer Eiweiße, wie Actomyosin und Myosin durch kovalente Bindungen, die wesentlich stärker sind als die Kräfte, die Muskeleiweiße bei Erhitzen stabilisieren (Kim et al. 1993). Den Haupteinsatzbereich der Transglutaminase sieht Nielsen (1995) in der Fleisch- und Fischverarbeitung. Den besonderen Vorteil in diesem Verarbeitungszweig beschreiben Motoki und Seguro (1998) in der Möglichkeit, aus kleinen Fleisch- und Fischstücken wieder größere restrukturierte Fleisch- oder Fischstücke zu erhalten. (Text gekürzt)
Das Projekt "Untersuchungen zum Ersatz von Duroplasten durch enzymatisch quervernetzte Proteine" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Halle-Wittenberg, Institut für Pharmazie durchgeführt. Thema des geplanten Projektes sind Untersuchungen zum Ersatz von Duroplasten durch enzymatisch quervernetzte Proteine. Duroplaste werden als Bindemittel u. a. im Formsandbau und zur Herstellung von Holzspanplatten eingesetzt. Derartige Bindemittel bestehen bisher z. B. aus Melamin-Formaldehyd-Phenolharzen. Im Verlauf des Projektes soll das Potential von enzymatisch quervernetzten Proteinen untersucht werden, die bisher verwendeten Bindemittel zu ersetzen. Zur Quervernetzung soll die Transglutaminase-Technologie verwendet werden und außerdem der Biokatalysator weiterentwickelt werden, der bereits für die Herstellung von Folien auf Proteinbasis verwendet wird. Das Projekt gliedert sich in zwei Arbeitspakete: 1.: Untersuchungen zur Eignung von enzymatisch quervernetzten Proteinen als Bindemittel und 2.: Verbesserung von Transglutaminasen und Bereitstellung der Enzyme. Es wird erwartet, dass bei positivem Verlauf des Projektes ein Teil dieser Kunstharze durch enzymatisch quervernetzte Proteine ersetzt werden kann.
Das Projekt "Teilvorhaben 2: Verfahrensentwicklung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Holztechnologie Dresden gemeinnützige GmbH durchgeführt. Thema des geplanten Projektes ist die Anwendung und weitere Optimierung proteinbasierender Materialien zur Verwendung als Bindemittel zur Herstellung von Span-und Faserplatten. Im Rahmen einen Vorgängerprojektes (FKZ 22021807) wurde gezeigt, dass enzymatisch quervernetzte Proteine als Bindemittel im Formsandbau und zur Herstellung von Holzspanplatten geeignet sind. Als Enzym wurde das proteinquervernetzende Enzym Transglutaminase verwendet und optimiert. Die grundlegenden Forschungsergebnisse aus den Vorgängerprojekten sollen nun konsequent in neue Verfahren und Produkte umgesetzt, offene Fragen geklärt und das Bindemittel weiter optimiert werden. Das antragsgemäße Projekt kann die gesamte Wertschöpfungskette von den Rohstoffen über die Material- und Verfahrensentwicklung bis hin zu Produkten abbilden. Das antragsgemäße Projekt soll in enger Kooperation der Universität Halle mit dem Institut für Holztechnologie Dresden (IHD) durchgeführt werden, um das Know-How beider Institutionen zur Verfahrensentwicklung im jeweiligen Spezialgebiet nutzbar zu machen. Außerdem sind Industrieunternehmen eingebunden, die an der Produktentwicklung beteiligt sind. Die Entwicklung eines 2-Komponenten-Bindemittelsystems, die Enzymoptimierung sowie die Untersuchung zur Lokalisierung und Beschaffenheit des Bindemittels in den Holzwerkstoffen findet an der Universität Halle statt. Die Verfahrensentwicklung neuer Pressverfahren unter Verwendung proteinogener Rohstoffe und die Anwendungsuntersuchung wird am IHD mit den assoziierten Partnern durchgeführt.
Das Projekt "'Protein2Plastic' - Innovative Biopolymere aus Proteinen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Halle-Wittenberg, Institut für Pharmazie durchgeführt. Biologisch abbaubare, nicht giftige und kompostierbare Materialien gelten als vielversprechende Innovation für verschiedenste Industriezweige. Begünstigt durch eine weltweit strengere Umweltgesetzgebung, ein verstärktes Umweltbewusstsein der Verbraucher, die Verknappung konventioneller, erdölbasierender Materialien und derer hohen preislichen Volatilitäten verbunden mit stark expandierenden Kapazitäten ist mit einer deutlichen Ausweitung des Marktvolumens insbesondere für Biokunststoffe zu rechnen. Um die Marktpotenziale ausschöpfen zu können, müssen bestehende Barrieren abgebaut werden, die derzeit neben hohen Entwicklungskosten und den unzureichenden physikalischen Produkteigenschaften vor allem in Form von fehlenden Kostenvorteilen der Massenproduktion sichtbar werden. Das Unternehmensziel des Vorhabens 'Protein2Plastic' ist die Entwicklung, die Produktion und der Vertrieb von innovativen Biokunststoffen, die auf nachwachsenden Rohstoffen, insbesondere Proteinen basieren. Die Produkte bieten einmalige Innovationen für Anwendungsbereiche, die bisher von konventionellen, erdölbasierten Kunststoffen und Kompositmaterialien dominiert werden. So bieten unsere Produkte neben mit konventionellen Polymeren vergleichbaren physikalischen Eigenschaften einen wesentlichen Mehrnutzen, der sich vor allem in der biologischen Verträglichkeit, Bioabbaubarkeit, Kompostierbarkeit und Nicht-Toxizität darstellt. Zudem liegen die Vorteile proteinbasierender Materialien in der Möglichkeit einer anwenderorientierten Änderung der funktionalen Eigenschaften des Endproduktes durch enzymkatalysierte Reaktionen, die es uns ermöglichen, auch individuellste Kundenwünsche zu befriedigen. Die Produktpalette entspricht im Wesentlichen der existierenden Marktvielfalt traditioneller Plastikprodukte, aber ergänzt diese mit Innovationen, die weit über die Möglichkeiten bereits am Markt befindlicher Produkte hinausgehen. Der Fokus liegt auf Folien- und Dünnschichtfilmen für die Agrarwirtschaft und Lebensmittelindustrie (z.B. Trägerfolien für biologische Dünger, Mulchfolien, Ernteverfrühungsfolien, Gewächshausfolien, Lebensmittelverpackungen, etc.), Folien- und Kapselmaterialien im biomedizinischen Bereich (Kapselsysteme zur Steuerung der Wirkstofffreisetzung, selbstauflösende Additivträgermaterialien zur Frakturregeneration), Cateringprodukte (einmalig verwendbares Geschirr und Bestecke) sowie für Produkte im Bereich der industriellen und häuslichen Hygiene.