BioActiveMaterials – Nachhaltige und biobasierte Verpackungsmaterialien für sichere Lebensmittel

Im Projekt BioActiveMaterials wurden Konzepte erarbeitet, um herkömmliche, mineralölbasierte und nicht recyclingfähige Lebensmittelverpackungen durch biobasierte Multischichtverbünde zu ersetzen. Diese neuen Materialien sollten hierbei geeignete Barrierewerte gegenüber Sauerstoff, Wasserdampf und Mineralölen zeigen. Weiterhin sollten sie antioxidative und antimikrobielle Eigenschaften besitzen, um die verpackten Lebensmittel, aber auch die Verpackung selbst zusätzlich zu schützen.

In dem vom BMWi geförderten Cornet‑Projekt arbeiten drei Forschungspartner (KCPK, Fraunhofer IVV, Fraunhofer IGB) und zwei Industrievereinigungen (IVLV, Wereld van Papier) zusammen. Das angegliederte Anwenderkomitee besteht aus kleinen und mittleren Unternehmen aus Deutschland und den Niederlanden.

Ziel: Lebensmittelverschwendung reduzieren mit nachhaltigeren Verpackungen

Essbare Beschichtungen können einen vorzeitigen Verderb oder das Austrocknen von frischen Lebensmitteln verhindern.

Verpackungen schützen Lebensmittel und helfen dadurch, Lebensmittelabfälle zu reduzieren. Andererseits werden für die Herstellung der Verpackungen Materialien benötigt, die nach dem Gebrauch entsorgt werden müssen. Daher besteht ein großer Bedarf, herkömmliche mineralölbasierte Lebensmittelverpackungen durch biobasierte Materialien zu ersetzen. Gleichzeitig muss jedoch die Sicherheit der verpackten Güter nach wie vor gewährleistet sein.

Ziel des Projekts ist es, die Lebensmittelverschwendung zu reduzieren und gleichzeitig nachhaltigere Verpackungsrohstoffe einzusetzen. Als Grundmaterial für die Verpackung soll Papier verwendet werden. Neue biobasierte Beschichtungen sollen dem Papier neue Funktionalitäten verleihen, wodurch sich zusätzliche Einsatzmöglichkeiten als Verpackungsmaterial ergeben.

Schematischer Aufbau der biobasierten Multischichtverbünde für Einwickelpapiere.

Lösung: Biobasierte Schichten mit antioxidativen und antimikrobiellen Eigenschaften

Einschlagpapier
© Fraunhofer IGB
Beschichtetes und bedrucktes Einschlagpapier mit Barriereeigenschaften.
Beschichtungsdispersion
© Fraunhofer IGB
Herstellung der wachshaltigen Beschichtungsdispersion.

Im Projekt BioActiveMaterials wurden aktive Beschichtungen auf Papier und daraus erste Demonstratoren für typische Packmittel (Siegelbeutel, Einschlagpapier) erarbeitet. Neben der Funktionalität der beschichteten Papiere wurde auch deren Rezyklierbarkeit untersucht.

Funktionale Eigenschaften durch Kombination von Protein- und wachshaltigen Beschichtungen

Am Fraunhofer IGB haben wir verschiedene biobasierte Schichten entwickelt, die eine Barriere gegenüber Sauerstoff, Wasserdampf und Mineralölen aufweisen, sowie antioxidative und antimikrobielle Eigenschaften besitzen. Hierfür wurden Kombinationen aus verschiedenen Proteinschichten und wachshaltigen Beschichtungen untersucht, die natürliche Wachse wie Carnauba-, Bienen- oder Candelillawachs sowie natürliche Antioxidantien enthalten. Letztere dienen der Stabilisierung der Filme und können durch ihre antioxidativen und antimikrobiellen Eigenschaften das verpackte Gut zusätzlich schützen.

Langzeitstabile Dispersionen zur Herstellung homogener Beschichtungen

Zur Herstellung homogener Beschichtungen wurden Protokolle zur Formulierung langzeitstabiler und gut verarbeitbarer wässriger Dispersionen erarbeitet. Auf einer Pilotbeschichtungsanlage des Projektpartners wurden mit diesen Dispersionen beschichtete Papiere hergestellt.

Wirksame Barriere gegenüber Sauerstoff, Wasserdampf und Mineralölen

Die Untersuchung der Barriereeigenschaften der besten Kombinationen ergab für die Sauerstofftransmissionsrate 5 cm³/(m²*d*bar) und für die Wasserdampftransmissionsrate 500 g/(m²*d). Gegenüber Mineralölen wurde eine gute Barrierewirkung gemessen.

Ein Bedrucken der beschichteten Papiere ist möglich.

Eine Langzeitbeständigkeit gegenüber Wasser dagegen ist bisher noch nicht gegeben, hierfür sind weitere Optimierungen notwendig.

Alternativer Sprühauftrag als essbare Beschichtung

Alternativ könnten die entwickelten wachshaltigen Dispersionen auch direkt auf Lebensmittel aufgetragen werden – als essbare Beschichtungen. Dies soll in weiterführenden Kooperationen untersucht werden.

Projektinformationen

Projekttitel

BioActiveMaterials – Nachhaltige und biobasierte Verpackungsmaterialien für sichere Lebensmittel

 

Projektlaufzeit

April 2018 – März 2020

 

Projektpartner

  • Kenniscentrum Papier en Karton (KCPK), Sanne Tiekstra, Niederlande
  • Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB, Dr. Michaela Müller, Deutschland
  • Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV, Martina Lindner, Deutschland
  • Wereld van Papier, Tanja Storm, Niederlande
  • Industrievereinigung für Lebensmitteltechnologie und Verpackung e.V. (IVLV), Gabriele Gedik, Deutschland

Förderung

Wir danken dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) sowie der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) für die Förderung des IGF-Vorhabens »BioActiveMaterials« im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF).

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie.