Fig. 1:En återförslutningsbar påse av papper med beläggning på insidan. Efter användning, förpackningen läggs i returpapperskärlet med de bioaktiva materialen. Kredit:Fraunhofer
Mängden plastavfall ökar för varje år. En del av detta avfall beror på plastförpackningar som används för att skydda mat. Som en del av projektet BioActiveMaterials, forskare vid Fraunhofer-Gesellschaft har utvecklat en miljövänlig beläggning för pappersförpackningar. Med detta, inte bara sparas plast, men beläggningen av växtbaserade proteiner och vaxer förlänger också livsmedlets hållbarhet. Efter användning, förpackningen kan läggas i papperskorgen för kassering.
Nu för tiden, de som handlar mat i lågprisbutiker kommer nästan alltid att köpa plastförpackningar också. Den stora majoriteten av korv, ost, kött och fisk är färdigförpackat. Färsk frukt, sallad och grönsaker kommer alltför ofta i plastförpackningar. Denna metod är hygienisk och skyddar maten på vägen till hemmet. Dock, mineraloljebaserad plast bidrar till det växande avfallsberget. I Tyskland, enbart under 2017 genererades totalt 38,5 kilo plastförpackningsavfall per capita. Detta plastavfall flyter på haven eller exporteras till asiatiska eller afrikanska länder för bortskaffande. Utsatt för miljöfaktorer, dessa stora plastföremål bryts ner till mikroplaster, som så småningom tar sig in i näringskedjan. Minska plastförpackningar även inom livsmedelssektorn, sedan, är en fråga om nödvändighet.
Fraunhofer Institute for Process Engineering and Packaging IVV och Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology IGB har nu presenterat en innovativ och hållbar lösning för livsmedelsförpackningar. Precis som med konventionella förpackningar, det håller maten fräschare längre. Den nya förpackningen, fastän, innehåller ingen plast alls. Efter användning, den kan återvinnas utan problem.
Fig. 2:I beläggningsprocessen, papperet styrs över rullar och förses med "BioActive Materials". Dessa tillhandahålls i form av en vattenhaltig dispersion. Kredit:Fraunhofer
Proteiner, vaxer och antioxidanter förlänger livsmedlets hållbarhet
I projektet BioActiveMaterials, forskarna använder papper som basmaterial för att tillverka typiska och funktionella förpackningsmaterial:återförslutbara påsar eller omslagspapper. Papperet är försett med en speciell beläggning med standardprocesser. Forskarna gör denna beläggning av proteiner och vaxer med biobaserade tillsatser. Den speciella sammansättningen av denna beläggning, som erbjuder långsiktig stabilitet, utför flera funktioner samtidigt. "Först, proteinerna fungerar som ett syrebarriärlager medan vaxerna bildar en vattenångbarriär, förhindra frukt, till exempel, torkar ut snabbt. Andra, de biobaserade tillsatserna har en antioxidativ och antimikrobiell effekt. Detta förhindrar att kött och fisk förstörs lika snabbt. Övergripande, maten har mycket längre hållbarhet, " förklarar Dr Michaela Müller, Chef för innovationsområdet för funktionella ytor och material på Fraunhofer IGB. Proteinerna i beläggningen spelar också specifika roller. De förhindrar att mineralolja tränger in från papperet till maten. I synnerhet återvunnet papper innehåller rester av skrivarbläck som innehåller mineraloljor.
De bestrukna papperet som utvecklats som en del av projektet BioActiveMaterials är ett alternativ till de förpackningar som för närvarande används för alla typer av livsmedel, oavsett om frukt och grönsaker, kött och fisk, ost eller till och med konfektyr. Konsumenter kan förvara och hantera de pappersförpackade matvarorna på exakt samma sätt som maten förpackad i plast idag. "Våra pappersbaserade förpackningar lämpar sig även för varor som måste kylas, kött till exempel. Antioxidantfunktionen finns kvar, " tillägger Müller. Denna förpackning kan till och med användas för frysta livsmedel. "Efter användning, förpackningen läggs i papperskorgen, beläggningen är biologiskt nedbrytbar och hindrar inte återvinningsprocessen, " säger Dr Cornelia Stramm, Avdelningschef vid Fraunhofer Institute for Process Engineering and Packaging IVV.
Fraunhofer-instituten har gått vidare med projektet i sammansvetsade team. Medan forskarna vid Fraunhofer IGB har tagit hand om den komplexa formuleringen och tillverkningen av beläggningen, forskarna vid Fraunhofer IVV testade hur väl beläggningen fungerar i praktiken. "Vi har testat, till exempel, hur effektivt beläggningen skyddar maten mot yttre påverkan som vattenånga, syre och mineralolja, " förklarar Stramm. Teamet på Fraunhofer IVV såg också till att beläggningen kunde appliceras på papperet med roll-to-roll-teknik. Detta görs med en maskin på vilken papperet styrs över rullar. Beläggningen appliceras som en vattenhaltig dispersion.
Fig. 3 Förmågan är att framställa den vattenhaltiga beläggningsdispersionen i det korrekta blandningsförhållandet av vaxer, proteiner och tillsatser, samt i vilken sekvens de läggs till. Kredit:Fraunhofer
Proteiner från avfallsmaterial, vaxer från Brasilien och norra Mexiko
Vid val av råvaror för projektet BioActiveMaterials, teamet valde naturliga ämnen godkända för användning i livsmedelsindustrin. För proteinelementet, till exempel, de experimenterade med raps, lupiner, vassle eller solrosor. I praktiken, lantbruksverksamheten skulle kunna leverera oanvänt avfallsmaterial från produktionen till förpackningsindustrin. Vi vänder oss till vaxerna, forskarna gick efter bivax och vax som producerats från candelillabusken som är infödd i norra Mexiko och från den brasilianska carnaubapalmen. "Vi bestämde oss för dessa vaxer eftersom de är biologiskt nedbrytbara, godkänd för kontakt med livsmedel och lätt tillgänglig på marknaden, " förklarar Müller.
Konventionella laboratorietekniker, som att krossa, uppvärmning, omrörning och blandning, är sysselsatta i produktionen. "Förmågan ligger i blandningsförhållandet och sekvensen som de enskilda ämnena tillsätts i. Flexibiliteten med förhållandet vid blandning av de olika ämnena gör att vi också kan optimera beläggningen för specifika applikationer, " säger Müller. Förpackningar för kött, till exempel, innehåller mer antioxidanter, kan ha en särskilt stark antimikrobiell och antioxidativ effekt, medan en vaxbeläggning skyddar sallad förpackad i en påse särskilt väl mot uttorkning.
Fördelar för producenter, återförsäljare och konsumenter
Forskarna har till och med tänkt på de mycket praktiska aspekterna. Den bioaktiva beläggningen kan användas för såväl kartong som papper. Och att trycka på förpackningen är heller inga problem. En producent kan trycka på sin logotyp eller den näringsinformation som krävs enligt livsmedelslagstiftningen. Lågprisbutiker och livsmedelsbutiker kommer också att dra nytta av Fraunhofer-förpackningen. Eftersom konsumenterna följer trenden mot resurseffektiv, biologiskt nedbrytbara och plastfria förpackningar.
Projektpartnerna vid Fraunhofer IVV och Fraunhofer IGB experimenterar redan med koncept för att applicera beläggningen direkt på livsmedel som frukt eller grönsaker, och förlänger därmed deras hållbarhet. Ätliga beläggningar är ofarliga för hälsan till sin natur.
