Wissenschaftler verwandeln Hanfprotein in einen stärkeren Biokunststoff

Hanfsamenöl hinterlässt mehr als nur einen leeren Presskuchen. Der verbleibende Presskuchen enthält immer noch erhebliche Mengen an Protein, wird jedoch häufig als niedrigwertiges Nebenprodukt behandelt und nicht als Rohstoff für die fortschrittliche Fertigung. Neue Forschungen deuten darauf hin, dass die Veränderung der Struktur dieser Proteine dazu beitragen könnte, dieses übersehene Restmaterial in biologisch abbaubare Folien für Verpackungen und andere Produkte zu verwandeln.

In einer 2026 veröffentlichten Studie in Industrial Crops and Products haben die Forschenden Protein aus dem industriellen Hanfsamen-Presskuchen extrahiert und chemisch mit decanoyl chloride, einem Fettsäurederivat, modifiziert.¹ Die Behandlung erzeugte Folien, die stärker, flexibler, thermisch stabiler und besser gegen Feuchtigkeit resistent waren als Folien aus unbehandeltem Hanfprotein.

Die Ergebnisse bedeuten nicht, dass Hanfprotein bereit ist, herkömmlichen Kunststoff zu ersetzen. Die Folien wurden unter Laborbedingungen hergestellt, und ihre Feuchtigkeitsbarriere lag deutlich unter der von Niederdichte Polyethylen. Dennoch könnten Hanfverarbeiter künftig sowohl Öl als auch ein technisches Material aus derselben Saatenernte gewinnen.

Warum Hanf‑Ölkuchen ein interessantes Rohmaterial ist

Hanf wird bereits für Bauwesen, Lebensmittel, Spezialchemikalien und technische Materialien bewertet. MyCannabis hat untersucht, wie Hanffaser wird zu einem Werkstoff und wie Hanfverbundstoffe eine weniger umweltbelastende Alternative zu Glasfaser bieten könnten. Protein eröffnet einen weiteren Weg, der auf einem Nebenprodukt der Lebensmittelverarbeitung und nicht auf dem Stängel basiert.

Nachdem Hanfsamen für die Ölgewinnung gepresst wurden, kann der verbleibende Presskuchen etwa 34 % bis 47,9 % Protein enthalten, so die Forschenden. Proteine sind natürliche Polymere, das heißt, ihre langen Molekülketten können interagieren, um kontinuierliche Folien zu bilden. Hanfproteine sind besonders interessant, weil ihre Aminosäuren reaktive Stellen bieten, die Wasserstoffbrücken, hydrophobe Wechselwirkungen und Disulfidbindungen bilden können.

Diese Chemie verleiht Hanfprotein die Fähigkeit, Filme zu bilden, doch unbehandelte Proteinfilme absorbieren Wasser leichter und besitzen weniger mechanische Festigkeit als synthetische Verpackungskunststoffe. Sie können bei Feuchtigkeit weicher werden, quellen oder ihre Integrität verlieren.

Das Forschungsteam hat daher das Hanfprotein nicht einfach zu einem Film gegossen, sondern das Protein selbst verändert.

Wie die chemische Modifikation das Protein veränderte

Die Forschenden setzten Acylierung ein, eine Reaktion, bei der fettsäureabgeleitete Gruppen an reaktive Aminogruppen des Proteins gebunden werden. Hanfprotein wurde mit drei Konzentrationen von decanoyl chloride behandelt: 2,8, 5 und 7,5 Millimol pro Gramm Protein. Eine unbehandelte Formulierung diente als Kontrolle.

Der Modifikationsgrad stieg mit der Dosis und erreichte bei der höchsten Konzentration 60,53 %. Die Spektroskopie bestätigte Änderungen in den Amid‑Bereichen des Proteins, während Messungen von Partikelgröße und elektrischer Ladung zeigten, dass die Behandlung die Wechselwirkung der Proteinpartikel in Lösung veränderte.

Mikroskopie zeigte, dass die modifizierten Folien im Allgemeinen glattere Oberflächen, kleinere Poren und kompaktere innere Strukturen aufwiesen. Durch weniger offene Wege im Material wurde der Wasserdampfdurchtritt über die Folie erschwert.

Mehr Modifikation war nicht immer besser

Die Ergebnisse zeigen eine nützliche ingenieurtechnische Erkenntnis: Es gab keine einzelne Formulierung, die jede Eigenschaft maximierte. Die 5 mM/g‑Behandlung erzielte die höchste Zugfestigkeit mit 3,9 MPa im Vergleich zu 2,1 MPa für die Kontrolle. Ihr Young‑Modul, ein Maß für Steifigkeit, erreichte 37,6 MPa, mehr als das Doppelte des Kontrollwerts von 18,1 MPa.

Bei 7,5 mM/g sanken Zugfestigkeit und Steifigkeit von ihren Höchstwerten, obwohl beide noch über dem unbehandelten Film lagen. Die Forschenden führten dies teilweise auf sperrige hydrophobe Gruppen zurück, die die Wasserstoffbindung stören und eine gewisse Aggregation fördern. Gleichzeitig erzeugte die höchste Behandlung die flexibelste Folie, wobei die Dehnung bis zum Bruch von 206 % in der Kontrolle auf 384 % anstieg.

Dieser Kompromiss könnte kommerziell nützlich werden. Ein starres Tablett, eine flexible Verpackung und eine landwirtschaftliche Folie benötigen nicht identische Eigenschaften. Hersteller könnten das Modifikationsniveau je nach Anwendung anpassen.

Die wichtigsten Leistungsänderungen umfassten:

• Höhere Festigkeit und Steifigkeit, insbesondere bei der mittleren Behandlung
• Größere Flexibilität, je höher der Modifikationsgrad war
• Niedrigerer Feuchtigkeitsgehalt, geringeres Schwellen, geringere Löslichkeit und geringere Wasserdampfdurchlässigkeit
• Höhere Temperaturen für die thermische Denaturierung in den stärker modifizierten Folien

Feuchtigkeitsbeständigkeit verbessert, aber eine große Lücke bleibt

Die Wasserdampfdurchlässigkeit sank von 2,17 × 10^-10 im unbehandelten Film auf 1,34 × 10^-10 g m^-1 s^-1 Pa^-1 bei der höchsten Behandlung, was einer Reduktion von etwa 38 % entspricht. Auch Feuchtigkeitsgehalt, Wasserlöslichkeit und Schwellenwert nahmen ab, je mehr Decanoylchlorid verwendet wurde.

Allerdings lagen bei allen Proben die Wasserbenetzungswinkel weiterhin unter 90 Grad, was bedeutet, dass ihre Oberflächen hydrophil und nicht wirklich wasserabweisend waren. Die Wasserdampfdurchlässigkeit der modifizierten Folie war zudem deutlich höher als der Wert von 0,009 × 10^-10, den das Papier für Niederdruckpolyethylen angab.

Diese Lücke macht die Forschung nicht irrelevant. Sie verkleinert den glaubwürdigen Anwendungsbereich. Eine Hanfproteinfolie könnte besser für Produkte mit begrenzter Feuchtigkeitsbelastung geeignet sein, für mehrschichtige Verpackungen, bei denen ein anderes Material die Hauptbarriere bildet, für landwirtschaftliche Erzeugnisse, pharmazeutische Beschichtungen oder Einwegartikel mit kurzer Lebensdauer. Als direkter Ersatz für Polyethylen bei feuchtigkeitsempfindlichen Lebensmitteln ist sie weniger überzeugend.

Deshalb können breite Begriffe wie Biokunststoff irreführend sein. Die Europäische Kommission unterscheidet zwischen biobasierten, biologisch abbaubaren und kompostierbaren Kunststoffen. Ein Material kann einer Kategorie angehören, ohne die anderen zu erfüllen, und sein ökologischer Wert hängt von Herstellung, Nutzung, Sammlung und Entsorgung ab.

Bodenzerfall ist vielversprechend, aber keine Zertifizierung

Alle Hanfproteinfolien verloren nach 40 Tagen im Boden mehr als 60 % ihres Gewichts und behielten ihre ursprüngliche Integrität nicht mehr. Der unbehandelte Film begann früher zu zerfallen, während modifizierte Folien zunächst dem Abbau widerstanden, weil ihre höhere Hydrophobie die mikrobielle Besiedlung und das Eindringen von Feuchtigkeit verlangsamte. Am Ende des Versuchs hatten jedoch alle Hanfformulierungen erheblich zerfallen. Der Polyethylen-Vergleich blieb intakt.

Dieses Ergebnis unterstützt die Biologisch‑Abbaubarkeit unter den getesteten Bedingungen, sollte jedoch nicht als Nachweis einer universellen Kompostierbarkeit dargestellt werden. Das Experiment maß den Gewichtsverlust bei einer Innenbodenvergrabung bei einer durchschnittlichen Temperatur von 15 °C. Es stellte keine vollständige Umwandlung in Kohlendioxid, Wasser, Biomasse und Mineralien fest und prüfte weder Toxizität, Hauskompostierung, marine Zersetzung, Deponieverhalten noch die Einhaltung einer Verpackungsnorm.

Materialien, die fragmentieren, sind nicht zwangsläufig vollständig biologisch abgebaut. Kommerzielle Behauptungen würden standardisierte Tests in definierten Umgebungen erfordern. Dies ist ein frühes Ergebnis der Materialentwicklung, keine End‑of‑Life‑Zertifizierung.

Die größere Chance liegt in der Vollernte‑Herstellung

Der wichtigste Aspekt dieser Forschung könnte ihre Rohstoffstrategie sein. Viele Biokunststoffe basieren auf Pflanzen oder Zucker, die speziell für die Polymerproduktion angebaut werden. Hanf‑Ölkuchen entsteht bereits als Nebenprodukt, nachdem ein anderes Produkt hergestellt wurde. Die Nutzung dieses Nebenprodukts könnte die landwirtschaftlichen und Verarbeitungs­kosten auf mehrere Erlösströme verteilen und gleichzeitig die Menge an Material reduzieren, das als Abfall behandelt wird.

Eine Hanf‑Verarbeitungsanlage könnte theoretisch Saatöl, lebensmittelgeeignetes Protein, Protein niedrigerer Qualität für Folien und faserige Rückstände für Verbundstoffe oder Energie produzieren. Diese kaskadierende Nutzung ist überzeugender als der Anbau von Hanf ausschließlich für Einwegverpackungen.

Verwandte Arbeiten untersuchen bereits Industriehanfreste für funktionale Verpackungssysteme. Zusammen weisen diese Forschungswege auf einen Hanfsektor hin, in dem Verarbeiter standardisierte Materialeingänge verkaufen, anstatt von einem volatilen Endmarkt abhängig zu sein.

Was geschehen muss, bevor Hanfprotein‑Verpackungen skalieren

Die nächste Herausforderung besteht darin, die im Labor gegossenen Folien in eine wiederholbare industrielle Produktion zu überführen. Das Papier weist darauf hin, dass die Zusammensetzung des Hanfproteins je nach Sorte, Samenherkunft und Ölextraktionsmethode variieren kann. Diese Unterschiede könnten das Reaktionsverhalten des Proteins verändern, sodass eine Qualitätskontrolle unerlässlich ist.

Forscher müssen zudem die Sauerstoffdurchlässigkeit, Geruchsübertragung, Lebensmittelsicherheit, Haltbarkeit, chemische Rückgewinnung und realistische Feuchtigkeitszyklen bewerten. Industrielles Extrudieren oder Beschichten kann andere Eigenschaften ergeben als das Labor‑Casting. Eine Lebenszyklusanalyse muss klären, ob Energie‑, Lösungsmittel‑, Chemikalien‑ und Waschgänge einen bedeutenden ökologischen Vorteil bewahren.

Die Kosten könnten der entscheidende Faktor sein. Das Verfahren extrahierte Protein unter alkalischen Bedingungen, ließ es mit Säure ausfällen, gefrier­trocknete es, modifizierte es chemisch und nutzte Hexan, um unverbrauchtes Material zu entfernen. Das ist für kontrollierte Forschung geeignet, aber ein kommerzieller Prozess müsste weniger Schritte, Lösungsmittelrückgewinnung, hohe Ausbeuten und konsistente Eingänge aufweisen.

Selbst mit diesen Einschränkungen erweitert die Studie die Diskussion über Industriehanf. Die Zukunft der Pflanze könnte nicht von einem einzigen Wundermittel abhängen. Sie könnte davon abhängen, mehr Wert aus jedem Teil der Ernte zu schöpfen. Wenn das nach dem Ölpresseverfahren verbleibende Protein zu einem anpassbaren Film anstatt zu einem niederwertigen Rückstand werden kann, könnte Hanf durch zirkuläre Verarbeitung zu nachhaltigen Verpackungen beitragen, nicht nur durch den Ersatz von Erdöl durch ein anderes Rohmaterial.

Literaturverzeichnis:

¹ Mirpoor, S. F., Cueva Camacho, E., Avitabile, M., Park, M.-K., & Charalampopoulos, D. (2026). Modifiziertes Hanfprotein mit Fettsäurechlorid, ein innovatives Biopolymer für die Entwicklung nachhaltiger Biokunststoffe. Industrial Crops and Products, 252, 124292. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2026.124292