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Full recyclable food package with enhanced gas barrier properties and new functionalities by the use of high performance coatings

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Biobasierte Polymere und aktive Beschichtungen für umweltfreundlichere Lebensmittelverpackungen

Kostengünstige, auf fossilen Brennstoffen basierende beschichtete Kunststoffe halten Lebensmittel frischer und sicherer für den Verzehr, allerdings heben ihre negativen Auswirkungen auf die Umwelt möglicherweise ihre Vorteile auf. EU-finanzierte Forschung hat biobasierte Alternativen entwickelt, welche Mikroorganismen und natürliche Metaboliten nutzen.

Klimawandel und Umwelt
Industrielle Technologien

Mehrschichtige Polymer-Lebensmittelverpackungen sind der Industriestandard, da sie mehrere notwendige Funktionalitäten bereitstellen, die eine einzelne Schicht nicht bieten kann. Die mehrfach verbundenen Schichten, die als Barriere für Sauerstoff und Feuchtigkeit fungieren, sind jedoch schwer zu recyceln, und die synthetischen Kunststoffe sind nicht biologisch abbaubar, was ein wachsendes Entsorgungsproblem darstellt. Die Umweltbedenken werden von Regierungen, Unternehmen und Verbraucherschaft geteilt, aber die Suche nach recycelbaren und/oder biologisch abbaubaren einschichtigen Alternativen mit der gleichen Leistung wie bei konventionellen Verpackungen war bislang eine große Herausforderung. Mit finanzieller Unterstützung des Gemeinsamen Unternehmens für biobasierte Industriezweige, einer öffentlich-privaten Partnerschaft zwischen der EU und der Industrie, brachte das ehrgeizige Projekt REFUCOAT 12 multidisziplinäre Partner aus 5 EU-Ländern entlang der gesamten Wertschöpfungskette zusammen, um dieses Problem anzugehen. REFUCOAT hat das Potenzial zweier vielversprechender biologisch abbaubarer Biopolymere weiterentwickelt und zudem die Grenzen des Möglichen erweitert, indem es die Verwendung von ‚bakterienfressenden‘ Organismen (Bakteriophagen) in aktiven Beschichtungen demonstrierte.

Bioverpackungen durch den Einsatz von Mikroben und natürlichen Metaboliten Leben einhauchen

Viele Mikroorganismen sind Miniatur-Produktionsanlagen für Polyhydroxyalkanoate (PHA), vollständig biologisch abbaubare Biokunststoffe mit regelbaren Eigenschaften. Gegenstand intensiver Forschung waren hochmolekulare PHA, die sich für industrielle Lebensmittelverpackungen eignen, bislang jedoch nicht. REFUCOAT nutzte erfolgreich Mikroorganismen zur Verwertung von Lebensmittelabfällen, was in biologisch abbaubaren PHA-basierten Beschichtungen für Lebensmittelverpackungen resultierte. Polyglykolsäure ist ein weiteres biologisch abbaubares Polymer, und ihr Abbauprodukt (und Baustein oder Monomer), die Glykolsäure, ist ein natürliches Stoffwechselprodukt. Die hohe mechanische Festigkeit und die ausgezeichneten Eigenschaften als Gasbarriere machen Polyglykolsäure auch für den Einsatz in Lebensmittelverpackungen attraktiv. Javier Marzo Muñoz, dem Projektleiter und REFUCOAT-Koordinator bei AIMPLAS und Lorena Rodriguez, Leiterin der Verpackungsabteilung bei AIMPLAS und REFUCOAT-Prüfleiterin erklären: „Derzeit wird Glykolsäure entweder durch die Carbonylierung von Formaldehyd oder die alkalische Hydrolyse von Chloressigsäure unter Verwendung toxischer oder schädlicher Substrate und/oder harter Reaktionsbedingungen hergestellt. In REFUCOAT haben wir einen katalytischen Prozess auf Goldbasis entwickelt, um Monoethylenglykol in Polyglykolsäure umzuwandeln und so eine umweltfreundlichere Produktion dieses biologisch abbaubaren Biopolymers zu ermöglichen.“ Abschließend machte sich das Team die natürlichen viralen Feinde von Bakterien zunutze, um innovative aktive Barrieren zu bilden, welche die Haltbarkeit von Produkten verlängern. Vorläufige Daten zeigten eine vielversprechende Unterdrückung der Salmonellenvermehrung durch die Bakteriophagen. Weitere Forschung wird die Zulassung durch die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit unterstützen.

Für eine nachhaltige Zwischenbilanz

Seit über einem halben Jahrhundert bewahren mehrschichtige Verpackungen, die auch nicht erneuerbare Ressourcen wie Aluminium enthalten, Lebensmittel vor dem schnellen Verderben. Allerdings ist das Recycling schwierig und kostspielig, was eine erhebliche ökologische und wirtschaftliche Belastung darstellt. Das breit gefächerte Fachwissen des REFUCOAT-Konsortiums war ideal für eine eingehende Untersuchung der Entwicklung von vollständig recycelbaren, biobasierten, einschichtigen Lebensmittelverpackungen aufgestellt. „REFUCOAT entwickelte vielversprechende, vollständig biologisch abbaubare Polyglykolsäure- und PHA-Polymere für Lebensmittelverpackungen. Außerdem zeigte die Verwendung von Bakteriophagen als aktive Beschichtungen für Lebensmittelverpackungen deutliches Potenzial. Im Rahmen dieser Aktivitäten haben unsere Partner zwischenzeitliche, nachhaltigere Verpackungslösungen erhalten“, fasst Marzo Muñoz zusammen. Während das Team weiter an einschichtigen, biobasierten Verpackungen arbeitet, die den Marktanforderungen entsprechen, hoffen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, dass die Politik die Ökologisierung der aktuellen Kunststoff-Wertschöpfungskette fördert. REFUCOAT hat ein Kurzdossier mit spezifischen Empfehlungen vorbereitet, um dies durch höhere Nachhaltigkeit, verbesserte Recyclingprozesse und verstärkte Investitionen in Biomasse und biobasierte Branchen zu unterstützen.

Schlüsselbegriffe

REFUCOAT, Lebensmittelverpackung, PHA, Polyglykolsäure, Bakteriophagen, biologisch abbaubares Biopolymer, aktive Beschichtung, Biokunststoff, Polyhydroxyalkanoate, Polyglykolsäure

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