Crystallizing additives in protein-based biopolymers

Abstract

Entscheidende Vorteile protein-basierender Biowerkstoffe für das ökologische Produktdesign sind die kontrollierbare biologische Abbaubarkeit und die Fähigkeit, funktionale Additive in die Proteinstruktur einzulagern und kontrolliert freizusetzen. Im Gartenbau sind dies Kernelemente des innovativen Produktdesigns von Ernteverfrühungsfolien und Saatbändern, für die protein-basierende Folien genutzt werden können. Düngesalze, wie beispielsweise Kaliumnitrat, kristallisieren in Proteinfolien während der Herstellung und Trocknung aus. Im Fokus dieser Arbeit steht deshalb die Kontrolle vor allem der Kristallmorphologie und die Wechselwirkung von Düngesalzen und Proteinstruktur im Hinblick auf mechanische Eigenschaften, Auflöse-und Freisetzungsverhalten der Folien. Außerdem wurde der Einfluss von Additivsalzen auf die Kinetik der enzymatischen Quervernetzung durch Transglutaminase quantifiziert und der Mehrwert protein-basierender Saatbänder anhand Keimung und Pflanzenwachstum gezeigt.

The key advantages of protein-based biopolymers for ecodesign approaches are the controllable biodegradability as well as the incorporation of functional additives in the protein structure and their controlled release. In horticulture, these are important properties for an innovative product design of mulching films and seed tapes, for which protein films can be applied. In the manufacture and drying of protein films, plant fertilizing salts like potassium nitrate are known to crystallize within the films. Therefore, the focus of this work is on the control of the crystal morphology and the interaction of fertilizer salts and protein structure with regard to mechanical performance as well as dissolution and release of protein film and additive. Furthermore, the effect of the additive salts on the kinetics of enzymatical cross-linking by transglutaminase has been quantified. The additional benefit of protein-based seed tapes has been demonstrated by means of germination and plant growth.