BioBarrier4Fiber

Forschungstitel:
Multifunktionelle biobasierte Wasserdampfbarriere für faserbasierte Lebensmittelverpackungen

Arbeitsgruppe: Verpackungsmaterialien

Forschungsstelle und wissenschaftliche Betreuung:

  1. Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV Freising, Lorenzo Tomei
  2. in Zusammenarbeit mit Marmara University und Packaging Manufacturers Association ASD, Türkei

IGF-Vorhaben: 358 EN
Finanzierung: BMWK
Laufzeit: 2023 – 2025

Ziel des Projekts ist es, ein neuartiges Beschichtungskonzept für faserbasierte Lebensmittelverpackungen auf Basis nachwachsender Rohstoffe zu entwickeln, das erstmals eine effiziente Wasserdampfbarriere mit hoher Flexibilität, Verarbeitbarkeit und Heißsiegelfähigkeit bietet.

Das kontinuierliche Wachstum der Weltbevölkerung in Verbindung mit dem Wandel der Verbraucher hin zu Convenience, Massenproduktion und Online-Shopping hat zu einem erheblichen Anstieg des Verbrauchs von Verpackungsmaterialien geführt. Darüber hinaus ist die hohe Nachfrage nach faserbasierten Verpackungen auf ein gestiegenes Umweltbewusstsein und eine Politik der Nachhaltigkeit und der Reduzierung der Produktion von Produkten auf fossiler Basis zurückzuführen. Trotz der vielen inhärenten Vorteile von faserbasierten Substraten, darunter hohe Verfügbarkeit, Nachhaltigkeit und Vielseitigkeit, bieten sie keine nennenswerte Schutzbarriere gegen das Eindringen von Gasen oder Flüssigkeiten. Dies ist vor allem bei Lebensmittelverpackungen ein kritischer Punkt, da Sauerstoff und Feuchtigkeit eindringen und zum Verderben der Lebensmittel führen. Die herkömmliche Lösung für dieses Problem besteht darin, faserbasierte Substrate mit Schutzschichten gegen das Eindringen von Gasen und Feuchtigkeit zu versehen. In diesem Bereich sind Polymere auf fossiler Basis wie PE oder EVOH üblich. Diese Materialien sind jedoch nicht nur ressourcenbeschränkt und umweltschädlich, sondern behindern auch die Wiederverwertbarkeit des Papiers.

Daher wurden biobasierte Lösungen vorgeschlagen, um solche Beschichtungen auf fossiler Basis zu ersetzen. Derzeitige Ansätze verwenden erneuerbare Polymere wie Polysaccharide, Proteine und Wachse als einzelne Beschichtungsschichten oder als Kombination davon. Diese Beschichtungen bieten entweder eine Barrierefunktion gegenüber Wasserdampf oder Sauerstoff oder eine Heißsiegelfähigkeit. Ein biobasiertes Material, das alle notwendigen Eigenschaften für die Herstellung einer Verpackung für empfindliche Lebensmittel vereint, ist derzeit weder auf dem Markt noch gibt es erfolgreiche Forschungsansätze.

BioBarrier4Fiber will dieses Problem lösen, indem es das erste biobasierte Beschichtungsmaterial mit geringer Wasserdampfdurchlässigkeit, Flexibilität, Verarbeitbarkeit und Heißsiegelfähigkeit entwickelt. Dazu werden verschiedene Suberinfettsäuren (SFAs) aus dem Kork von Eichen und Buchen in Deutschland und der Türkei, die nicht essbare Abfallprodukte der Holz- und Papierindustrie darstellen, gewonnen und zu einer multifunktionalen Beschichtung für faserbasierte Verpackungen verarbeitet. Die Eignung von SFAs für einen solchen Anwendungsbereich ergibt sich aus ihrer chemischen Zusammensetzung. Sie bestehen nämlich aus hochfunktionellen, polymerisierbaren aliphatischen Säuren mit variabler Länge und Struktur. Ihre natürliche Aufgabe ist es, als hydrophobe Schutzschicht um das Periderm von Bäumen zu fungieren. Mit BioBarrier4Fiber soll dieselbe biologische Funktion auf Verpackungsanwendungen übertragen werden.

Das Projekt ist so strukturiert, dass die technische und wissenschaftliche Expertise der beteiligten Forschungsinstitute in Deutschland (Fraunhofer IVV) und der Türkei (Marmara University, Sakarya University, Yildiz Technical University, Isparta University) voll genutzt wird. Die Auswahl und Vorbehandlung von Buchen- und Eichenrinden sowie die Entwicklung und Optimierung des Extraktionsprozesses von SFAs und die Entwicklung des Beschichtungsmaterials werden in enger Zusammenarbeit durchgeführt. Zusätzlich werden sich die deutschen Forscher auf die Entwicklung eines geeigneten Beschichtungsprozesses und die Barriere-Charakterisierung konzentrieren, während die türkischen Forscher Lagerungsstudien sowie Untersuchungen zur Eignung als Lebensmittelkontaktmaterial durchführen werden.

Projektberichte

Sitzungsunterlagen

Das hier vorgestellte IGF-Vorhaben wird im Rahmen des Programms „Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF)“ durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.


Aktuelle Termine dieser Arbeitsgruppe

24.07.2024
VerpackungsmaterialienMultiRec (pA) Webkonferenz