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New bio-based food packaging materials with enhanced barrier properties – BioBarrier

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Biokunststoff aus nicht-pathogenen Bakterien für Lebensmittelverpackungen

Die mit der zunehmenden Verwendung herkömmlicher Kunststoffe verbundenen Umweltrisiken haben europäische Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler dazu veranlasst, sich intensiver mit biobasierten und biologisch abbaubaren Lösungen für Lebensmittelverpackungen zu beschäftigen.

Industrielle Technologien
Lebensmittel und natürliche Ressourcen

Abfälle aus Lebensmittelverpackungen stellen eine große Umweltbelastung dar, da sie nicht abbaubar sind – wie beispielsweise Kunststoff. Daher besteht in der Lebensmittelverpackungsindustrie ein dringender Bedarf an Alternativen zu fossilen Rohstoffen.

Biobasierte Lebensmittelverpackungen

Verpackungsmaterialien für Lebensmittel müssen gewährleisten, dass diese geschützt werden, frisch sind und ihre Gesamtqualität während des Transports und der Lagerung erhalten bleibt. Das EU-finanzierte Projekt BioBarr richtete seinen Fokus auf Polyhydroxyalkanoate (PHAs), die in der Regel von nicht-pathogenen Bakterien unter nährstofflimitierenden Bedingungen erzeugt werden. Anhand einer Literaturstudie fand die Forschungsgruppe heraus, dass ein Mitglied der PHA-Familie ein guter Ersatzkandidat für Polypropylen und Polyethylen sein könnte, und dass es im Gegensatz zu entsprechenden fossilen Polymeren sowohl im Boden als auch im Meer biologisch abgebaut werden kann. „Das führte uns zu der Idee, eine biotechnologische bakterielle Fermentation von Abfällen aus der Zuckerrübenindustrie, wie Melasse und Zuckerrübensäfte, zu konzipieren, um damit PHAs zu extrahieren“, erklärt Marianna Faraldi, Projektkoordinatorin und leitende Forscherin bei Tecnoalimenti. Die Forschenden untersuchten, inwieweit die PHAs in Pulverform, als Granulat und anschließend in flexiblen Folien verarbeitet werden können. Dabei wurde festgestellt, dass sie für Oberflächenbehandlungen oder Beschichtungen zur Verbesserung der Barriereeigenschaften gegenüber Sauerstoff und Wasserdampf funktionalisiert werden können. BioBarr untersuchte außerdem ihre Eigenschaften, Beständigkeit, biologische Abbaubarkeit und die Einhaltung der Sicherheitsnormen. Im Rahmen des Projekts wurden wichtige Erkenntnisse gewonnen und neue Methoden entwickelt, die den Stand der Technik verbessern. Die biologische Abbaubarkeit – die wichtigste Eigenschaft von PHAs – wurde nicht durch deren Oberflächenbehandlung mit Aluminium- oder Siliziumoxid beeinträchtigt. „Die Entwicklung von kompostierbarem und biologisch abbaubarem biobasierten Verpackungsmaterial mit für Nahrungsmittelerzeugnisse ausreichenden Barriereeigenschaften stellt auch nach 54 Monaten Forschungstätigkeit weiterhin eine Herausforderung dar“, betont Faraldi. Das Konsortium arbeitete daher an einer biologisch abbaubaren, flexiblen Verpackungsrolle auf PHA-Basis mit vielversprechenden Eigenschaften, die den geltenden Vorschriften für Lebensmittelverpackungen entspricht. Sie kann jedoch noch nicht für eine breite Palette von Anwendungen im Lebensmittelsektor genutzt werden, da ihre Barriereeigenschaften nach wie vor eingeschränkt sind und Lösungen im Hinblick auf Sprödigkeitsprobleme noch ausstehen. Weitere Untersuchungen sind erforderlich. Nichtsdestotrotz kann PHA aus Abfällen der Landwirtschaft oder Lebensmittelverarbeitung anstelle von Zucker hergestellt werden, was zu einer Maßstabsvergrößerung des Verfahrens führen würde. Selbst wenn die Kosten im Vergleich zu Lösungen auf fossiler Basis auf hohem Niveau bleiben, werden die von den PHA-Anbietenden erwarteten Investitionen in Verbindung mit einer steigenden Verbrauchsnachfrage nach Biokunststoffen die Endkosten der daraus entstehenden biobasierten Verpackungen effektiv senken.

Eine neuartige Biotinte für Lebensmittelverpackungen

Die in biologisch abbaubaren Verpackungslösungen verwendeten Klebstoffe und Tinten sollten ebenfalls biologisch abbaubar sein, andernfalls sollte ihr Anteil nicht mehr als 5 % der gesamten Verpackung ausmachen. Ein weiteres Hauptziel des BioBarr-Projekts bestand darin, synthetische Harze und organische Pigmente zu ersetzen und dennoch weiterhin eine gute Bedruckbarkeit und Haftung auf dem Polymersubstrat zu gewährleisten. Im Projekt wurden Harze aus verschiedenen Bio-Quellen getestet, darunter Sojaprotein, Milchprotein, Reisstärke und Emulsionen auf Basis von Polymilchsäure. Daraus gingen Prototypen vollständig kompostierbarer Biotinten hervor, die den technischen Anforderungen für eine industrielle Umsetzung entsprachen. Die Tintenprototypen eigneten sich sowohl für die Bedruckung von herkömmlichem als auch von biopolymerbasiertem Verpackungsmaterial. BioBarr erhielt Finanzmittel vom Gemeinsamen Unternehmen für biobasierte Industriezweige, einer öffentlich-privaten Partnerschaft zwischen der EU und der Industrie.

Schlüsselbegriffe

BioBarr, PHA, Abfälle, Lebensmittelverpackungen, kompostierbar, biologisch abbaubar, biobasierte Verpackungen, Biotinte, Biokunststoffe, Biopolymere

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