Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Algenextrakte und Algenpolysaccharide für nachhaltige Lebensmittelverpackungen

Makroalgen haben aufgrund ihres raschen Wachstums, nachhaltigen Gewinnung und wertvollen Inhaltsstoffe ein enormes Potential für eine zukünftige biobasierte Kreislaufwirtschaft. Die strukturgebenden Polysaccharide, wie Alginat, Carrageen und Agar, werden industriell bereits als Lebensmittelzusatzstoff oder für technische Anwendungen eingesetzt. Neben ihrer bisherigen traditionellen Anwendung als Nahrungsmittel enthalten Makroalgen eine Vielzahl an sekundären Pflanzenstoffen, die für den Pflanzenschutz relevant sein können.

Im Rahmen des Projekts „ACCEPT“ werden brasilianische Makroalgen gesammelt, gereinigt und die Algenpolysaccharide extrahiert. Aus den nativen Extrakten werden auf brasilianischer Seite essbare Beschichtungen für frisch geerntete Früchte sowie aufgrund ihrer antimikrobiellen Eigenschaften nachhaltige Pflanzenschutzmittel entwickelt. Auf deutscher Seite werden die Extrakte in einem zu entwickelnden Verfahren nach ihren chemisch-physikalischen Eigenschaften fraktioniert. Für den Einsatz in Verpackungen werden diese Fraktionen nativ oder chemisch modifiziert eingesetzt. Quervernetzung der Polysaccharide erhöht die Widerstandsfähigkeit gegen Feuchtigkeit. Mögliche Verpackungsmaterialien sind Beschichtungen auf konventionellen Biopolymerfolien und Papier, aber auch freistehende Filme.

KmUs im Lebensmittel- und Verpackungsbereich profitieren von Verpackungslösungen, die der Forderung von mehr Nachhaltigkeit entgegen kommen, damit neue, umweltbewusstere Kundenschichten erschließen und die Anforderungen des Gesetzgebers erfüllen. So wird es möglich sein, weniger nachhaltige Beschichtungen auf fossiler Basis (z.B. PVOH, EVOH) oder sogar metallisierte Folien durch Beschichtungen auf Algenbasis zu ersetzen. Die biologische Abbaubarkeit und die zu erwartende hohe Sauerstoffbarriere (Q100 < 0,5 cm3m-2d-1bar-1) der Papier-, Karton- und Kosmetikverpackungen sowie bioabbaubaren Folien stärken die Wettbewerbsfähigkeit der kmUs.

Ergebniszusammenfassung:

Seitens dem Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV ist besonders hervorzuheben, dass eine Beschichtung aus Phycokolloiden geschaffen wurde, deren Sauerstoffbarriere auch bei geringer Konzentration der Phycokolloide in der Formulierung vergleichbar zum fossil basierten EVOH ist. Nach einem Screening zu den Barriereeigenschaften reiner Phycokolloide, Weichmachern und Weichmacherkonzentrationen zeigte sich, dass eine zusätzliche Quervernetzung der Phycokolloide, sei es ionisch oder durch den Zusatz von Vernetzern, immer zu einer Verschlechterung der Sauerstoffbarriere führte. Dagegen war die Art und Menge des Weichmachers ausschlaggebend für die Barriereeigenschaften der Gießfilme bzw. Beschichtungen. Diese Ergebnisse konnten auch in den Pilotmaßstab übertragen werden.

Des Weiteren konnte ein Extraktionsverfahren für bestimmte Phycokolloid-Arten zunächst an Zuchtalgen etabliert, und später auf eine Strandalgenmischung übertragen werden. Die Mischungen ließen sich zu Gießfilmen und Beschichtungen verarbeiten. Allerdings zeigte sich, dass eine Mischung der einzelnen Phycokolloide, wie sie beispielsweise in einem Extrakt aus brasilianischen Strandalgen vorliegt, zu einer Verschlechterung der Sauerstoffbarriere führt. Eine weitere Optimierung des Verfahrens beziehungsweise Vorbehandlung des Rohstoffs war aufgrund dessen begrenzter Menge am IVV bisher noch nicht möglich. Da sich derselbe Effekt aber auch bei künstlich hergestellten Mischungen zeigte, liegt es nahe, dass die Phycokolloide einen antagonistischen Effekt haben, wenn sie in einer Mischung vorliegen.

Einsatzmöglichkeiten für die Phycokolloidformulierungen auf Papier sind zum Beispiel im Bereich trockener, oxidationsempfindlicher Güter. Je nach Quelle der Phycokolloide, sind die Formulierungen auch für den Einsatz mit Lebensmittelkontakt geeignet.