Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV
Beschichtungen und Folien auf Algenbasis
Meeresalgen werden traditionell als Lebensmittel in der asiatischen Küche, oder als Rohstoff zur Gewinnung von algenspezifischen Polysacchariden wie Alginat, Carrageen und Agar verwendet. Diese wiederum finden bereits Verwendung in Industriesektoren wie der Lebensmittelindustrie, Biotechnologie sowie der Papier- und Druckindustrie. Meeresalgen verfügen über ein beachtliches Potential für die zukünftige biobasierte Kreislaufwirtschaft, da sie ein rasch nachwachsender Rohstoff sind, der sich sowohl durch seine nachhaltige Gewinnung aber auch durch die vielen wertvollen Inhaltsstoffe auszeichnet.
Es ist bereits bekannt, dass die Barrierewirkung gegenüber Sauerstoff mit Hilfe von Algenpolysacchariden als Beschichtungen auf Verpackungsfolien stark verbessert wird. Eine ausreichend hohe Sauerstoffbarriere ist für den Produktschutz von Lebensmitteln meist unabdingbar. Diese wird heute durch konventionelle, fossil basierte Verpackungen erlangt, welche durch den häufigen Mehrschichtaufbau selbst in Ländern mit etablierten Entsorgungssystemen schwer zu recyceln sind. In Ländern ohne flächendeckende Müllsammelsysteme kann es verstärkt zur Freisetzung von Plastikmüll in die Umwelt, der Bildung von Mikroplastik im Meer und Boden und damit zu langfristigen globalen Umweltproblemen kommen. Lebensmittelverpackungen aus Algenpolysacchariden stellen hier eine mögliche Alternative dar. Sie sind biologisch abbaubar und können fast vollständig aus biologischen Materialien hergestellt werden, un ddies sogar mit vergleichbaren technofunktionellen Eigenschaften wie herkömmliche Lebensmittelverpackungen.
Ganzheitlicher Forschungsansatz im Projekt ACCEPT
Im Cornet-Projekt »ACCEPT« wurde die Nutzbarmachung von Meeresalgen nicht nur als Ausgangsstoff für biobasierte Verpackungsmaterialien, sondern auch als essbare Beschichtungen für frisch geerntete Früchte sowie für den Einsatz als umweltfreundliches Pflanzenschutzmittel untersucht. Das Projektkonsortium bestand aus Forschungs- und Industriepartnern in Deutschland (Fraunhofer IVV, IVLV) und Brasilien (Companhia das Algas, USP - Universidade de São Paulo, UNESP – Universidade Estadual Paulista, ITAL - Instituto de Tecnologia de Alimentos) sowie einem projektbegleitenden Ausschuss bestehend aus kleinen und mittleren Unternehmen.
Im Nordosten Brasiliens wurden die dort natürlich vorkommenden Meeresalgen gesammelt, gereinigt und getrocknet. Ein Teil der Algen wurde dann vor Ort in Brasilien verarbeitet, um sie als natürliches Pflanzenschutzmittel auf Kulturpflanzen zu testen. Dadurch tragen sie einerseits zur Vermeidung von Lebensmittelverschwendung und andererseits zum Schutz von Wasser und Boden durch Vermeidung von übermäßigem Pestizideinsatz bei.
Vom Strandgut zur Verpackung
Am Fraunhofer IVV wurde ein weiterer Teil der gesammelten Algenbiomasse mit einem speziell dafür entwickelten, fraktionierten Extraktionsverfahren verarbeitet. Hier lag die Herausforderung darin, möglichst reine Extrakte mit konsistenter chemischer Zusammensetzung und kontrollierbaren technofunktionalen Eigenschaften zu erhalten. Deswegen wurden die Extraktionsverfahren zunächst im Labor mit Hilfe von Zuchtalgen, deren Zusammensetzung bekannt war, entwickelt und anschließend an den brasilianischen Strandalgen getestet.
Aus den gewonnenen Extrakten wurden sowohl Gießfilme als auch Papierbeschichtungen hergestellt. Zusätzlich dazu wurden reine, kommerziell verfügbare Phycokolloide auf ihr Potenzial hin untersucht und sowohl nativ als auch modifiziert verwendet. Durch verschiedene Vernetzungsmethoden wurde die weitere Verbesserung der Sauerstoffbarriere bei gleichzeitig abnehmender Feuchteempfindlichkeit überprüft. Zusätzlich dazu wurde getestet, welche Auswirkungen die Viskosität der Formulierung sowie die Art und Menge des Weichmachers haben. Untersucht wurde auch der Einfluss unterschiedlicher Papiersubstrate auf die Barriereeigenschaften sowie verschiedene Topcoatings, die die Phycokolloidschicht vor Feuchte schützen und somit ihre Funktionalität erhalten.
Alle Materialien wurden hinsichtlich Sauerstoffbarriere und Fettbeständigkeit analysiert, wobei die besten Kombinationen bei Umgebungsbedingungen Werte vergleichbar zu einer konventionellen Sauerstoffbarriere erreichten. Bei geschlossener Beschichtung hatten alle Phycokolloide gute bis sehr gute Barrieren gegenüber Fett.
