Essbare, biologisch abbaubare Fasern aus Milchprotein und Zellulose
Nachhaltige Lebensmittelverpackungen, Wundauflagen, Kosmetika, Filtration und vieles mehr möglich
Aus Pflanzen gewonnene Milchproteine und Zellulose könnten das nächste große Ding in Sachen Nachhaltigkeit sein, dank eines erstmaligen Fortschritts, den Forscher der Penn State University erzielt haben. Das Team kombinierte das Milchprotein Kasein mit Hydroxypropylmethylcellulose, einer auch als Hypromellose bekannten und aus Pflanzenmaterial gewonnenen Verbindung, um Nanofasern zu erzeugen, die 1.000 Mal dünner sind als ein menschliches Haar. Anschließend verarbeiteten sie diese Fasern zu Matten, die sich für eine Vielzahl von Produkten eignen, z. B. für biologisch abbaubare - und sogar essbare - Lebensmittelverpackungen.
"In einer Proof-of-Concept-Studie haben wir die erfolgreiche Herstellung von eigenständigen, kaseinreichen Elektrospinnmatten demonstriert", so der Co-Leiter des Teams, Federico Harte, Professor für Lebensmittelwissenschaften an der Hochschule für Agrarwissenschaften. "Elektrogesponnene Nanofasern auf Proteinbasis sind aufgrund ihrer potenziellen Verwendung in der Gewebezüchtung, in biomedizinischen Anwendungen wie Wundverbänden und in der sich abzeichnenden Rolle bei essbaren Verpackungen, die nachhaltige Lösungen für die Konservierung und Sicherheit von Lebensmitteln bieten, sehr gefragt.
In der Studie, die jetzt online verfügbar ist und in der September-Ausgabe des Journal of Colloid and Interface Science veröffentlicht werden soll, berichten die Forscher, dass die Kombination von mit Hypromellose angereichertem Kasein bis zu einem Verhältnis von Zellulose zu Kasein von eins zu vier elektrospinnbar war. Die Fasern mit den wenigsten Perlen, d. h. verdickten, unregelmäßigen Abschnitten, und der größten Oberfläche - was sie für die Einbindung in Matten am wünschenswertesten macht - wurden jedoch aus einer Lösung mit einem Cellulose-Kasein-Verhältnis von 1:12 gesponnen.
Und, eine neuartige Entdeckung, bei 100 % relativer Luftfeuchtigkeit reagierten die Fasermatten chemisch leicht auf Feuchtigkeit und verwandelten sich in klare Filme, die für Lebensmittelverpackungen geeignet sind, so die Forscher.
"Kasein wird seit langem als Material sowohl für Lebensmittel als auch für andere Zwecke verwendet", sagte der Co-Leiter des Teams, Gregory Ziegler, Professor für Lebensmittelwissenschaften, und erläuterte, dass das Protein die Textur und den Nährwert von Lebensmitteln verbessern kann und auch bei der Herstellung von Klebstoffen, Farben, Papierbeschichtungen, Kosmetika und Arzneimitteln verwendet wird. "Diese Forschung erhöht seinen Nutzen, indem sie ihm eine neue Form gibt: Nanofasern.
Diese Studie ist die jüngste in einer Reihe von veröffentlichten Forschungsarbeiten, die sich mit dem Elektrospinnen von Kasein befassen, so Harte. Zuvor untersuchte die Forschungsgruppe das Elektrospinnen von Kasein allein und von Kasein in Kombination mit Carrageen, einem aus Rotalgen gewonnenen Lebensmittelzusatzstoff, der hauptsächlich als Verdickungsmittel, Stabilisator und Emulgator in verschiedenen Lebensmitteln verwendet wird. Die in diesen Studien hergestellten Matten enthielten jedoch schwache und brüchige Nanofasern.
In dieser Studie testeten die Forscher die Idee, Casein mit Hypromellose zu ergänzen, die, so ihre Hypothese, dem Protein Festigkeit und Flexibilität verleihen könnte. Sie hatten Recht.
"Die Idee war, Matten auf der Basis von Kasein zu schaffen, was bisher noch nicht gemacht wurde", so Harte. "Unsere ersten Versuche mit Kasein allein zeigten deutlich, dass wir die mechanischen Eigenschaften der Matten verbessern mussten, und wir beschlossen schließlich, Hypromellose hinzuzufügen, weil wir dachten, dass eine Wechselwirkung zwischen Kasein und Zellulose die mechanischen Eigenschaften dieser Matten optimieren würde".
Harte fügte hinzu, dass künftige Forschungsarbeiten neue Anwendungen für die essbaren Casein-Nanofasern erforschen werden, wie z. B. Lebensmittelverpackungen und Filtration.
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