Seit Langem wird nach umweltfreundlichen Alternativen zu Plastikverpackungen gesucht. Das ist Forschern nun bei Verpackungen für Lebensmittel gelungen. Statt Plastik setzen sie auf Papier, auf das eine bioaktive Beschichtung aus pflanzenbasierten Proteinen und Wachsen aufgetragen wird. Damit soll nicht nur Kunststoff eingespart, sondern auch die Haltbarkeit der Lebensmittel verlängert werden können. Nach der Nutzung ist die Verpackung zudem biologisch abbaubar.
Ob Käse, Fleisch, Fertigwaren oder Obst und Gemüse – die meisten Lebensmittel werden heute in Kunststoffverpackungen eingepackt. Diese schützen die Lebensmittel vor Verunreinigen und Schäden beim Transport. Allerdings steigt dadurch auch der Plastikmüll enorm an: In Deutschland fielen allein im Jahr 2017 pro Einwohner 38,5 Kilogramm Müll aus Plastikverpackungen an. Der Plastikmüll gelangt in die Ozeane oder wird ins Ausland exportiert und verunreinigt dort die Ökosysteme. Zudem zerfällt er zu Mikroplastik und wird etwa von Tieren aufgenommen.
Beschichtung aus natürlichen Wachsen und Proteinen
Um die zunehmenden Plastikmassen durch Lebensmittelverpackungen zu reduzieren, haben Wissenschaftler um Cornelia Stramm vom Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung nach einer umweltfreundlicheren Alternative zu den Lebensmittelverpackungen aus Plastik gesucht. Als Grundlage für ihre Verpackung wählten sie verschließbare Papierbeutel sowie Einschlagpapier. Um Lebensmittel darin lange und hygienisch aufbewahren zu können, entschied sich das Forscherteam dazu, eine pflanzenbasierte Beschichtung für das Papier zu entwickeln. Dafür nutzten die Forscher Proteine und Wachse mit biobasierten Additiven. Für die Protein-Anteile in der Beschichtung experimentierte das Team beispielsweise mit Raps, Lupinen, Molke oder Sonnenblumen, die etwa als Reststoffe von landwirtschaftliche Betriebe übrigbleiben.
Beim Wachsanteil der Beschichtung testeten Stramm und ihre Kollegen Bienenwachs und Wachse, die aus dem Candelilla-Busch (Euphorbia antisyphilitica) sowie der brasilianischen Carnauba-Palme (Copernicia prunifera) gewonnen werden. „Wir haben uns für diese Wachse entschieden, da sie biologisch abbaubar, lebensmittelrechtlich zugelassen und auf dem Markt leicht verfügbar sind“, so Michaela Müller vom Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik. Aus den Proteinen und Wachsen stellte das Forscherteam mit verschiedenen Techniken potenzielle Beschichtungen her. „Die Kunst besteht im Mischungsverhältnis und in der Reihenfolge, in der man die einzelnen Substanzen dazugibt“, erläuterte Müller. „Die Flexibilität beim Mischungsverhältnis der Substanzen ermöglicht es uns auch, die Beschichtung für bestimmte Anwendungen zu optimieren.“
Vor Austrocknung und Verderben geschützt
Wie sich die beschichteten Bioverpackungen in der Anwendung bewähren, testeten die Wissenschaftler im Anschluss. „Wir haben beispielsweise getestet, wie effektiv die jeweilige Beschichtung das Lebensmittel vor Außeneinflüssen wie Wasserdampf, Sauerstoff und Mineralöl schützt“, erklärt Stramm. Daraufhin wurden die Beschichtungen im Rolle-zu-Rolle-Verfahren auf das Papier aufgetragen, wobei das Papier über Walzen transportiert und die Beschichtung als wässrige Dispersion darauf verteilt wird.
Es zeigte sich: Die Komponenten der plastikfreien Lebensmittelverpackung erfüllten die gleichen Funktionen wie die herkömmlichen Verpackungen. „Zum einen dienen die Proteine als Sauerstoffsperrschicht und die Wachse als Wasserdampfbarriere, so trocknet beispielsweise Obst nicht so schnell aus“, berichtet Müller. „Zum anderen verleihen die biobasierten Additive antioxidative und antimikrobielle Wirkung. Fleisch und Fisch verderben dann nicht so schnell. Insgesamt wird die Haltbarkeit des Lebensmittels deutlich verlängert.“ Die Proteine in der Beschichtung verhindern zudem, dass Mineralöl aus dem Papier auf die Lebensmittel übergeht. Denn gerade Altpapier kann Reste von mineralölhaltiger Druckerfarbe enthalten, so die Forscher.
Auch für die Tiefkühlung geeignet
Durch diese Eigenschaften eignet sich die neuartige Verpackung laut der Wissenschaftler für alle Lebensmittel – ob Fleisch, Käse, Obst, Gemüse oder Süßwaren. „Unsere papierbasierten Verpackungen sind auch für Lebensmittel geeignet, die gekühlt werden müssen, beispielsweise Fleisch“, bestätigt Müller. „Hierbei bleibt die Schutzfunktion vor Sauerstoff erhalten.“ Und sogar Tiefkühlkost sollen sich darin verpacken lassen. Die papierverpackten Lebensmittel können dabei genauso gehandhabt und gelagert werden wie die mit Kunststoff verpackten, ergänzen Stramm und ihre Kollegen. „Nach der Nutzung wandert die Verpackung in die Altpapiertonne, die Beschichtung ist biologisch abbaubar und stört das Papierrecycling nicht“, erklärt Stramm.
Die bioaktive Beschichtung ist zudem vielseitig einsetzbar: Neben Papier könnte sich auch Karton damit beschichten lassen. Auch ein Bedrucken der Verpackung sei kein Problem sein, so das Forschungsteam. Ein Hersteller kann daher sein Logo oder Angaben zu Inhaltsstoffen aufdrucken, ohne das Lebensmittel zu kontaminieren. Die Wissenschaftler untersuchen derzeit, ob die Beschichtung auch direkt auf Lebensmittel wie etwa Obst oder Gemüse aufgetragen werden kann und so die Haltbarkeit von verpackungslosen Lebensmitteln erhöht. Aus gesundheitlicher Sicht soll die essbare Beschichtung dabei unbedenklich sein.
Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft
