Zu den Unmengen von Plastikmüll, der jedes Jahr mehr wird, tragen nicht zuletzt Verpackungen von Lebensmitteln einen großen Teil bei. Egal ob Wurst, Käse, Fleisch, Fisch oder auch Obst, Salat und Gemüse, alles ist hygienisch in Kunststoff verpackt. Alleine in Deutschland türmte sich der Plastikmüll aus diesen Verpackungen im Jahr 2017 auf 38,5 Kilogramm – pro Einwohner. Deshalb haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV und des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB im Rahmen des Projekts “BioActiveMaterials” eine innovative, umweltfreundliche Beschichtung aus pflanzenbasierten Proteinen und Wachsen für Papierverpackungen entwickelt. Diese spart nicht nur Plastik ein, sie verlängert auch die Haltbarkeit der Lebensmittel und kann ganz einfach in der Altpapiertonne entsorgt werden.
Längere Haltbarkeit dank Proteinen, Wachsen und Antioxidantien
Die Basis der neuartigen, verschließbaren Siegelrandbeutel oder des Einschlagpapiers ist normales Papier. Dieses wird mit einer speziellen Beschichtung aus Proteinen und Wachsen mit biobasierten Additiven versehen. Die “spezielle Formulierung der langzeitstabilen Beschichtung” erfülle gleich mehrere Funktionen, betont Dr. Michaela Müller, Leiterin des Innovationsfelds Funktionale Oberflächen und Materialien am Fraunhofer IGB. “Zum einen dienen die Proteine als Sauerstoffsperrschicht und die Wachse als Wasserdampfbarriere, so trocknet beispielsweise Obst nicht so schnell aus. Zum anderen verleihen die biobasierten Additive antioxidative und antimikrobielle Wirkung”, erklärt sie. “Fleisch und Fisch verderben dann nicht so schnell. Insgesamt wird die Haltbarkeit des Lebensmittels deutlich verlängert.” Dabei sorgen die Proteine in der Beschichtung dafür, dass kein Mineralöl aus dem Papier auf die Lebensmittel übergeht, denn im Altpapier gibt es immer noch Reste mineralölhaltiger Druckerfarbe.
“Unsere papierbasierten Verpackungen sind auch für Lebensmittel geeignet, die gekühlt werden müssen, beispielsweise Fleisch. Hierbei bleibt die Schutzfunktion vor Sauerstoff erhalten”, ergänzt Müller. Sogar Tiefkühlkost ließe sich darin verpacken. “Nach der Nutzung wandert die Verpackung in die Altpapiertonne, die Beschichtung ist biologisch abbaubar und stört das Papierrecycling nicht”, sagt Dr. Cornelia Stramm, Abteilungsleiterin am Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV.
Forscher am Fraunhofer IVV haben die Praxistauglichkeit der Beschichtung bereits überprüft. “Wir haben beispielsweise getestet, wie effektiv die jeweilige Beschichtung das Lebensmittel vor Außeneinflüssen wie Wasserdampf, Sauerstoff und Mineralöl schützt”, erklärt Stramm. Das Team übernahm zudem das Auftragen der Beschichtung auf die Papiere im Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Dazu wird die Beschichtung als wässrige Dispersion mittels einer Maschine, auf der das Papier über Walzen geführt wird, aufgetragen.
Die Kunst ist das Mischungsverhältnis
Die Rohstoffe für “BioActiveMaterials” stammen aus natürlichen, lebensmittelrechtlich zugelassenen Substanzen. Die Forscher haben hierzu beispielsweise mit Raps, Lupinen, Molke oder Sonnenblumen experimentiert. So könnten nicht verwertete Reststoffe aus der landwirtschaftlichen Produktion verwendet werden. Die Wachse sind hingegen entweder Bienenwachs oder stammen aus dem in Nordmexiko vorkommenden Candelilla-Busch sowie aus der brasilianischen Carnauba-Palme. “Wir haben uns für diese Wachse entschieden, da sie biologisch abbaubar, lebensmittelrechtlich zugelassen und auf dem Markt leicht verfügbar sind”, erklärt Müller.
Um nun die geeignete Beschichtung herzustellen, werden alle Zutaten in klassischer Labortechnik zerkleinert, erhitzt, gerührt und gemixt. “Die Kunst besteht im Mischungsverhältnis und in der Reihenfolge, in der man die einzelnen Substanzen dazugibt”, sagt Müller. “Die Flexibilität beim Mischungsverhältnis der Substanzen ermöglicht es uns auch, die Beschichtung für bestimmte Anwendungen zu optimieren.” Eine Verpackung für Fleisch könnte so durch mehr Antioxidantien besonders antimikrobiell und antioxidativ sein, die Tüte für Salat könnte mit einer Wachsbeschichtung versehen werden, die besonders gut vor Austrocknung schützt.
Beschichtung direkt auf Lebensmittel
Die bioaktive Beschichtung würde sich aber nicht nur für Papier eignen, erklären die Forscher, auch Karton könnte damit ausgestattet werden. Ein Bedrucken der Verpackung mit dem Hersteller-Logo oder lebensmittelrechtlich vorgeschriebenen Angaben zu Inhaltsstoffen sei ebenfalls kein Problem.
Aktuell experimentieren die Fraunhofer-Wissenschaftler bereits damit, die Beschichtung direkt auf Lebensmittel wie etwa Obst oder Gemüse aufzutragen und so die Haltbarkeit zu erhöhen. Aus gesundheitlicher Sicht sei die essbare Beschichtung nämlich sowieso unbedenklich.
Titelbild: Ein Siegelbeutel aus Papier mit der Beschichtung auf der Innenseite. Nach der Nutzung landet die Verpackung mit den bioaktiven Materialien in der Altpapiertonne. © Fraunhofer
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