Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Systematische Methodik zur Schadensanalyse von Lebensmittel-Verbundverpackungen bei chemisch induzierter Delamination

Bei der Lagerung von ölhaltigen oder sauren Produkten in Packmitteln aus metallisierten oder Al-haltigen Verbunden kommt es häufig zu Schadensfällen durch Delamination. Die Folgen sind ein hoher finanzieller Schaden und die zeitaufwendige Suche nach alternativen Verpackungskonzepten. Ziel des Projekts ist deshalb die Entwicklung einer systematischen Methodik zur Schadensanalyse von Lebensmittel-Verbundverpackungen bei chemisch induzierter Delamination. Grundlage dafür ist die ausführliche Analyse von verschiedenen Schadensmechanismen. Dabei werden sowohl durch theoretische Verfahren, als auch durch praktische Versuche unterschiedliche Lagerbedingungen, Lebensmittelsimulanzien und Verpackungssysteme geprüft (Phase 1 des Vorhabens).

Die Methodiken zur Beurteilung von Schadensmechanismen werden in der zweiten Projektphase zunächst an Modellsystemen erprobt, um die Erkenntnisse in der dritten Projektphase schließlich auf reale Systeme (Verpackungen und Lebensmittel) zu übertragen. Auf Basis der erzielten Ergebnisse sollen Entscheidungshilfen für die Herstellung von neuartigen chemisch resistenten Verpackungssystemen gegeben werden, um in Zukunft Schadensfälle im Vorfeld zu vermeiden bzw. schnell auf Schadensfälle reagieren zu können.

Die Ergebnisse des Projekts erhöhen die Ressourceneffizienz und Wettbewerbsfähigkeit vor allem kleiner und mittelständischer Unternehmen entlang der Wertschöpfungskette im Bereich Lebensmittel und Verpackung. Dieses sind insbesondere Packmittel-, Packstoff- und Lebensmittelhersteller sowie Maschinen- und Anlagenproduzenten. Die Aufklärung grundlegender Zusammenhänge und die branchenübergreifende Nutzung gewährleisten die Vorwettbewerblichkeit der Ergebnisse. Letztendlich dient das Projekt dem Schutz des Lebensmittels und hat dadurch für die Ernährung und Gesundheit der Menschen eine überaus große gesamtgesellschaftliche Bedeutung.

Ergebniszusammenfassung:

Die Ursachen für die Delamination von Verbunden wurden untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass eine Schädigung des Verbundes allein durch die Migration von Substanzen möglich ist, beispielsweise durch Essigsäure, Eugenol und Ölsäure/Sonnenblumenöl. Letztere migrieren durch hydrophobe Wechselwirkung der Alkylkette mit den Polyolefinen. Im Falle der Ölsäure stimmen die theoretischen Löslichkeitsbetrachtungen mit dem beobachteten Diffusionsverhalten überein, d. h. theoretisch ist mit einer Lösung/Quellung der PE-Siegelschicht zu rechnen, was in den praktischen Versuchen nachgewiesen werden konnte. Bei Eugenol überwiegt der hydrophobe Charakter in Kombination mit der aromatischen Konformation. Essigsäure kann trotz ihrer Polarität durch die Bildung von Dimeren bei gleichzeitig geringer Molekülgröße migrieren. Lebensmittel, die Essig enthalten, können Aluminium im Verbund mit PE unter Bildung von Aluminiumdiacetat angreifen, welches zu weißen Ablagerungen zwischen der Aluminiumschicht und dem PE führt. Es wurde nachgewiesen, dass in der PE-Schicht keine Poren gebildet werden, die einen direkten Kontakt des Aluminiums mit dem Lebensmittel ermöglichen würden. Weiterhin wurden Migrationstestmethoden entwickelt, welche zu qualitativen Ergebnissen führen, im Falle der Essigsäure sogar zu quantitativen Ergebnissen.

Die Migration als Voraussetzung möglicher Schädigungen wurde in ein mathematisches Modell auf Basis des 2. Fick’schen Gesetzes überführt, um den zeitabhängigen Stofftransport simulieren zu können.

Anhand der Untersuchungen konnte eine Berechnungsgrundlage zu einer Entwicklung eines Software-Tools entwickelt werden. Der Anwender würden die Dicke der PE-Siegelschicht eingeben und erhält die Regalstandzeit der Verpackung (Shelf-Life) oder er gibt die Shelf-Life-Time ein und erhält die notwendige Dicke der zum Füllgut zugewandten Schicht. Innerhalb der Projektlaufzeit wurde die Basis für das Tool geschaffen. Weitere Daten sind für die Fertigstellung notwendig.