Växtförädlare på SLU har tagit fram en potatissort vars stärkelse har lågt glykemiskt index. Stärkelsen har dessutom egenskaper som tycks göra den lämplig att göra plast av.
Även proteiner från vete har visat sig vara en bra råvara för tillverkning av biobaserade plastprodukter. Nu har forskargrupper på SLU tillverkat ett kompositmaterial av potatisstärkelsen och veteproteiner.
– Den är lite mjuk, inte så styv, och har en hög potential att kunna bli något i framtiden.
Så beskriver Mariette Andersson från SLU det material som hon och hennes kollegor har tillverkat av en stärkelse från en genetiskt modifierad potatis – till skillnad från vanlig potatis har den många långa kedjor av glukos i stärkelsemolekylerna. Den här plasten går att kompostera när man använt den klart.
Plastegenskaperna kan modifieras
Forskarna har dessutom använt stärkelsen som en del i ett kompositmaterial. Genom att skräddarsy blandningar av växtproteiner och stärkelse molekylärt och biokemiskt kan man designa hållbara material för olika användningsområden, till exempel förpackningar och plastfilm.
I två nyligen publicerade studier har Mariette Andersson och Ramune Kuktaite, med kollegor vid SLU, KTH, Innventia AB, MAX IV-laboratoriet i Lund och Institut polytechnique i Frankrike, testat hur den speciella potatisstärkelsen fungerar ihop med proteiner från vete (gluten, gliadin och glutenin), som är tänkbara komponenter i det nya materialet. Tanken är att utveckla ett töjbart och starkt material. De använde antingen glycerol eller glycerol plus vatten som mjukgörare, och testade att tillverka plasten vid två olika temperaturer, 110 °C och 130 °C. I analysen kunde de se att proteinerna regerade olika i blandning med stärkelsen.
– I vissa fall blev materialet relativt mjukt och flexibelt, och i andra fall starkare och mindre mjukt, säger Ramune Kuktaite.
Den högre temperaturen gjorde att proteinerna och stärkelsen ”smälte ihop” bättre. Med glycerol och vatten som mjukgörare fick stärkelsen mer gelatinaktiga egenskaper och blev därmed lättare att bearbeta. Dessutom blev materialet starkare, styvare och mer töjbart (jämfört med när de använde bara glycerol).
Forskarna testade också vad som hände med proteinernas struktur i plasten på nanometernivå (en nivå som är en miljondel av en millimeter), hur mekaniskt stark plasten blev, och om den släppte igenom syremolekyler. Vissa av gliadinmolekylerna antog en ovanlig sexkantig struktur i blandningen med stärkelse, och den strukturen gjorde materialet starkare. Blandningarna av protein och stärkelse fungerade också bra som barriär mot syre.
Stärkelse med fiberliknande egenskaper
Vanlig potatisstärkelse innehåller molekyler med både långa och korta kedjor av glukos. Molekylen amylos har långa raka glukoskedjor och amylopektin har korta förgrenade. Vanlig potatisstärkelse innehåller 20-30 procent amylos och 70-80 procent amylopektin.
I och med att forskarna med hjälp av bioteknik minskade nivåerna av två enzymer som sköter om förgreningen av stärkelsemolekylerna i potatisen, blev glukoskedjorna hos amylopektinmolekylerna också långa. Förändringen ger stärkelsen de fiberliknande egenskaper som gör det möjligt att tillverka det nya miljövänliga förpackningsmaterialet.
Tidigare i höstas presenterade forskarna en annan potatis med förändrad stärkelsekvalitet, men då rörde det sig om en mer lagringsstabil stärkelse för användning som livsmedelsingrediens.
Proteiner i vete är naturens största molekylnätverk
Vetegluten är en av de största polymerer man kan finna i naturen. Huvudkomponenterna är gliadin, som är ett monomeriskt protein, och glutenin, som är ett polymeriskt protein. De båda proteinerna bidrar till att bygga ett polymeriskt nätverk som styr de egenskaper som är viktiga vid produktion av livsmedelsprodukter (t.ex. bröd) och plaster.
Fotnot: Studien finansierades av Mistra Biotech, TC4F, Lyckeby Starch AB, Formas och Partnerskap Alnarp.
Mer information:
Mariette Andersson, forskare
Institutionen för växtförädling, SLU, Alnarp
040-41 55 41, mariette.andersson@slu.se
Ramune Kuktaite, forskare
Institutionen för växtförädling, SLU, Alnarp
040-41 53 37, 073-855 33 45, ramune.kuktaite@slu.se
Anna Lehrman, kommunikatör
Mistra Biotech
018-67 22 32, mistrabiotech@slu.se
Vetenskapliga artiklar:
Muneer, F., Andersson, M., Koch, K., Hedenqvist, M. S., Gällstedt, M., Plivelic, T. S., Menzel, C., Rhazi, L., & Kuktaite, R. (2016). Innovative Gliadin/Glutenin and Modified Potato Starch Green Composites: Chemistry, Structure, and Functionality Induced by Processing. ACS Sustainable Chemistry & Engineering.
Muneer, F., Andersson, M., Koch, K., Menzel, C., Hedenqvist, M. S., Gällstedt, M., Plivelic, T.S., & Kuktaite, R. (2015). Nanostructural morphology of plasticized wheat gluten and modified potato starch composites: relationship to mechanical and barrier properties. Biomacromolecules, 16(3), 695-705.
