Die Verpackungen für Lebensmittel werden aktiv

Haltbarkeitsverlängerung durch innovative Verpackung

Wöchentlich werden im Einzelhandel und beim Verbraucher bis zu 50 Prozent Obst und Gemüse weggeworfen. Zwei wesentliche Gründe dafür sind verfrühte Reifung und mikrobieller Befall. Erstere wird bei vielen Früchten stark durch das Pflanzenhormon Ethylen beeinflusst, während letzterer oftmals auf Schimmelpilze zurückgeht. Geeignete aktive Verpackungssysteme können dazu beitragen, diese Prozesse zu verlangsamen, um die Haltbarkeit von frischem Obst und Gemüse zu verlängern und Lebensmittelverschwendung zu reduzieren.

Längere Haltbarkeit durch aktive Verpackungen

Im Cornet-Projekt „FreshInPac“ des Fraunhofer Instituts für Verfahrenstechnik und Verpackung (IVV) werden Verpackungslösungen für frisches Obst und Gemüse entwickelt, die die Haltbarkeit verlängern, indem Ethylen-bedingte Reifung und mikrobieller Verderb verzögert werden. Für beide Zwecke werden aktive Materialien entwickelt, charakterisiert und in Verpackungsmaterialien integriert. Aus den entwickelten Materialien werden mit Shelf Life Simulationen und Lagertests Demonstratoren für Verpackungen konzipiert und getestet.

Kopfraumregulation und aktive Wirkstoffe

Frisches Obst und Gemüse muss in der Verpackung atmen können, damit die Fermentation unter anoxischen Bedingungen vermieden wird. Daher sind Verpackungen mit zu starker Gasbarriere in diesem Kontext nicht geeignet. Stattdessen wird über passende Perforation eine Schutzatmosphäre im Gleichgewichtszustand (EMAP) eingestellt. Hier unterdrückt ein erhöhter Kohlendioxidanteil mikrobielle Aktivität. Außerdem verlangsamt ein verringerter Sauerstoffanteil den Stoffwechsel in der Frucht und damit die Reifung. Ethylen wird im begrenzten Maße abgeführt. Aktive Komponenten in der Verpackung können diese Effekte weiter verstärken. Ethylenfänger binden oder zersetzen vom Lebensmittel abgegebenes Ethylen und verzögern dadurch das Einsetzen des Reifungsprozesses. Hierfür werden zum Beispiel Tonpartikel mit katalytischen Metallen oder Kaliumpermanganat beladen. Antimikrobielle Substanzen hemmen das Wachstum von Bakterien (bakteriostatisch) und Pilzen (fungistatisch). Zu diesem Zweck werden Kombinationen aus ätherischen Ölen und andere Substanzen untersucht. Die aktiven Substanzen können direkt in Folien eingearbeitet oder mittels Beschichtungen aufgetragen werden. Dabei wird auch die Recycelbarkeit der Verpackungsmaterialien berücksichtigt.

Simulationen zur Verpackungsentwicklung

Am Fraunhofer IVV werden mathematische Modelle aufgestellt, um den Ethylenhaushalt in der Verpackung zu beschreiben. Zusammen mit dem atmungsbedingten Gashaushalt entwerfen wir damit geeignete Verpackungskonzepte für ausgewählte Obst- und Gemüsesorten mit den, im Projekt entwickelten, Ethylenfängern. Dazu greifen wir auf das am Fraunhofer IVV entwickelte Shelf-Life-Modelling-Framework zurück und erweitern es. Das Modell beschreibt die Atmung und Ethylenproduktion der Früchte, die durch die Zusammensetzung der Kopfraum-Atmosphäre beeinflusst wird, sowie den Gasaustausch über die Verpackung und die Wirkung der Ethylenfänger. Aus dem Zusammenspiel dieser Faktoren ergibt sich dann eine simulierte EMAP. Daraus können Verpackungskonzepte abgeleitet werden, die eine verlängerte Haltbarkeit ermöglichen.

Fraunhofer IVV / roRo; Grafik: Fraunhofer IVV