Aktive Verpackungen zur Haltbarkeitsverlängerung bei Obst, Gemüse und Schnittblumen – FreshInPac

Wöchentlich werden im Einzelhandel und beim Verbraucher bis zu 50% 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. Das kürzlich abgeschlossene CorNet-Projekt »FreshInPac« hat sich mit diesen beiden Aspekten befasst.

Kopfraumregulation und aktive Wirkstoffe

Gegen den mikrobiellen Verderb wurden eine Reihe von Naturstoffen, ätherische Öle und Extrakte, an einer repräsentativen Auswahl von Schimmel- und Hefepilzen und Bakterien getestet. Die vielversprechendsten Substanzen zeigten eine hemmende Wirkung gegen alle Testorganismen. Leichte Schwächen einzelner Substanzen können durch Kombination mit anderen ausgeglichen werden. Die ausgewählten Stoffe waren ausreichend hitzebeständig, um Extrusionsprozesse zu überstehen. Auch aufgetragen in einer Papierbeschichtung oder nach Extrusion in Folien sind etliche Substanzen noch aktiv. Wenngleich die Wirkung teils reduziert ist, haben Lagertests gezeigt, dass die antimikrobiellen Substanzen den mikrobiellen Verderb effektiv hemmen.

Ethylen entfaltet seine reifungsfördernde Wirkung dann, wenn es eine gewisse Konzentration überschreitet. Da es gasförmig ist, reichert es sich nach seiner Freisetzung im Kopfraum an. Aktive Verpackungskomponenten, die effektiv Ethylen aus dem Kopfraum entfernen, tragen somit zu einer Verzögerung der Reifung bei. Es gibt eine Reihe dafür geeigneter Materialien, etwa diverse Mineralien allein oder als Trägermaterial für Kaliumpermanganat, die für sich genommen sehr gut geeignet sind, die Ethylenkonzentration ausreichend zu reduzieren. Ungünstigerweise sorgt ein Einbringen dieser Stoffe in die Matrix der Verpackung oder einer Beschichtung dafür, dass die aktiven Bestandteile nahezu vollständig blockiert werden und nicht mehr wirksam sind. In Form von Sachets könnten sie jedoch weiterhin verwendet werden.

Simulationen zur Verpackungsentwicklung

Am Fraunhofer IVV wurden mathematische Modelle zur Beschreibung der Respiration und des Ethylenhaushalts implementiert und entsprechende Simulationen durchgeführt, um das gezielte Design aktiver Verpackungen zu erleichtern. Bei verpackten Obst und Gemüse ist zu beachten, dass diese atmen müssen und dass Fermentation unter anoxischen Bedingungen vermieden werden sollte. Daher sind Verpackungen mit zu starker Gasbarriere in diesem Kontext ungeeignet. Dies wird vom EMAP-Konzept genutzt (equilibrium modified atmosphere packaging), bei dem eine Balance aus Atmung und Gasaustausch durch kleine Perforationen hergestellt wird. Dabei stellt sich eine Kopfraumzusammensetzung mit verringertem Sauerstoff- und erhöhten Kohlendioxidgehalt ein. Ersteres verlangsamt die Atmung und auch die Ethylenproduktion des Produkts, letzteres hat ebenfalls eine atmungsverlangsamende Wirkung und unterdrückt obendrein das Wachstum von Mikroorganismen. Wie unsere Shelf-Life-Simulationen gezeigt haben, würde eine effektive EMAP dazu führen, dass sich zu viel Ethylen im Kopfraum anreichert. Ein zusätzlich vorhandener Ethylenfänger kann dann die EMAP ergänzen und haltbarkeitsfördernde Bedingungen einstellen.

Am Projekt beteilig sind:

•  IVLV (Industrievereinigung für Lebensmitteltechnologie und Verpackung e.V.) – Koordinator
•  CELABOR (Belgien)
•  Materia Nova (Belgien)
•  ZUT (Westpommersche Technische Universität, Polen)
•  ATB (Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie)
•  Natureef (Polen)

• Shelf Life Simulation
  
• Verpackungsentwicklung
  
• Biobasierte Barrierebeschichtungen
• Flexible Monomaterialfolien mit Barriereschicht