Regenerative und wiederverwendbare Verpackungen

Kreisläufe schließen

aus: DLG-Lebensmittel 1/2024

Gefordert sind mehr denn je ressourcenschonende Verpackungen, die das Lebensmittel optimal schützen. Zu den jüngsten Fortschritten mit diesen Merkmalen zählen essbare Sachets auf Basis von Meeresalgen sowie Papierverpackungen mit Silphie, die im Papierkreislauf recycelt werden können. Richtig designt, können jedoch auch Kunststoffverpackungen ein Vorbild in Sachen Nachhaltigkeit sein. Gefragt sind neue Konzepte, die ohne Materialverbund funktionieren und damit eine deutliche höhere Recyclingquote erreichen.

Nachhaltige Verpackungslösungen stehen nunmehr ganz oben auf der Agenda vieler Entwicklungsabteilungen. Hier die richtige Entscheidung zu treffen, ist für Lebensmittelproduzenten mit einigen Anforderungen verbunden. Schließlich müssen Verpackungsprozesse schnell und zuverlässig bleiben, und das auch mit alternativen Materialien. Die Maschinenbauer erarbeiten dazu konkrete Lösungen, wie Handtmann mit dem Con-Pro-Sachet-System zeigt. Das Verfahren zum Verpacken von flüssigen oder pastösen Lebensmitteln und Nahrungsergänzungsmitteln in Beutel verwendet keine Kunststofffolie, sondern ein Material auf Basis von Meeresalgen. Das Besondere: Die Hülle, die von dem britischen Unternehmen Notpla stammt, ist essbar. Sie lässt sich also einfach mit verzehren – oder kann nach Gebrauch im Biomüll entsorgt werden.

Maschinenbauer arbeiten an nachhaltigeren Lösungen, wie Handtmann mit dem Con-Pro-Sachet-Verfahren zeigt.
© Handtmann

Prozesssicherer Verschluss

Die Technologie des Con-Pro-Sachet bildet ein Koextrusionsverfahren ab, bei dem zeitgleich mit der Abfüllung des jeweiligen Produktes eine Hülle aus dem Algenmaterial hergestellt wird, anstatt eine vorkonfektionierte Kunststofffolie zu verwenden. Dies wird durch einen speziell geformten Koextrusionskopf ermöglicht, der im ersten Schritt einen Schlauch aus dem zunächst pastösen Material aus Meeresalgen formt. Anschließend wird das Produkt eingefüllt. Umlaufende Abteilelemente schnüren den befüllten Endlosschlauch ein und teilen ihn in eine zusammenhängende Kette von gefüllten Einzelportionen, die sogenannten Sachets. Dabei geliert das Meeresalgenmaterial vollständig aus und verschließt dadurch die Sachets, die anschließend zu Einzelportionen getrennt werden. Der prozesssichere Verschluss der Sachets entsteht durch einen gleichmäßigen und präzisen, nur wenige Zehntelmillimeter dicken Verschluss. Die einzelnen Prozessschritte von der Erzeugung der Hülle bis zum Verschließen der Produkte sind sowohl zeitlich als auch räumlich exakt aufeinander abgestimmt, da das Formen und sichere Verschließen der Enden erfolgen muss, solange der Geliervorgang der Meeresalgenpaste noch nicht vollständig abgeschlossenen ist. Die so entstandenen Einzelsachets, die von einer elastischen Gelhülle umgeben sind, können abschließend weiter behandelt und verpackt werden.

Bioaktive Inhaltsstoffe auf Weinbasis

Zunächst wollen die Forschenden aus alkoholfreien Weinen und Schaumweinen jene bioaktiven Polyphenole isolieren und identifizieren, die einen günstigen Einfluss auf den Kohlenhydrat- und Lipidstoffwechsel zeigen. Nach gezielter technologischer Anreicherung dieser Komponenten soll im Rahmen einer humanen Interventionsstudie die Wirksamkeit eines – gemäß den Forschungsergebnissen optimierten – Testgetränks überprüft werden. Sind diese Proof-of-Concept-Daten überzeugend, ermöglicht es Weinbaubetrieben und Kellereien, ihre technologischen Prozesse entsprechend anzupassen, um die bioaktiven Schlüsselverbindungen im alkoholfreien Produkt gezielt anzureichern. Da nach der Gärung die zuvor enthaltenen Kohlenhydrate weitgehend abgebaut sind, können im Ergebnis alkoholfreie, kalorienreduzierte Getränke auf Weinbasis mit einem gesundheitlichen Mehrwert beworben werden. Die Ergebnisse kommen insbesondere den über 16.000 kleinen und mittleren weinerzeugenden Unternehmen in Deutschland zugute, da es keiner Investitionen in neue Technologien bedarf, sondern nur einer Anpassung technologischer Prozesse. Sollte eine vergleichbare Absatzsteigerung alkoholfreier Weinerzeugnisse gelingen, wie dies derzeit bei alkoholfreien Bieren der Fall ist, könnte sich ein attraktives neues Segment für die deutsche Wein- und Sektbranche entwickeln. Prognosen zufolge wird ein jährliches Wachstum von bis zu neun Prozent erwartet.

Haltbarkeit auf Basis von Glykoproteinen

Gesundheit ist ein Trend, der sich durch alle Segmente im Getränkebereich zieht. Seit Jahren steigt die Nachfrage nach natürlichen Inhaltsstoffen. Ein weiterer Aspekt, der Produzenten vor diesem Hintergrund beschäftigt, ist das Thema Haltbarkeit. Mittlerweile gibt es verschiedene Möglichkeiten, auf den Einsatz von Konservierungsmitteln zu verzichten. Häufig macht dies jedoch Änderungen in den Produktions- und Abfüllprozessen erforderlich, um ein sicheres, lagerfähiges Getränk zu erhalten. Der Ingredientsspezialist Lanxess hat daher mit Nagardo eine Alternative entwickelt, welche auf natürlichen Glykolipiden basiert. Es zeigt eine hohe Wirksamkeit gegen eine breite Palette von Mikroorganismen, die den Verderb von Getränken verursachen, wie Hefen, Schimmelpilze und Bakterien. Darüber hinaus kann Nagardo Organismen eliminieren, die an die üblicherweise verwendeten Konservierungsmittel angepasst oder gar hitzeresistent sind. „Hersteller von alkoholfreien Getränken, die sich dem Trend zu Better-for-you-Produkten ohne synthetische Konservierungsstoffe anschließen wollen, stecken viel Energie in Hot-Fill-Prozesse, Tunnelpasteure oder andere thermische Verfahren sowie Kühlkettenlogistik“, sagt Monika Ebener, Director Market Segment Natural Antimicrobials im Geschäftsbereich Material Protection Products (MPP) bei Lanxess. „Der natürliche Getränkeschutz von Nagardo bietet das fehlende Element, um natürliche Getränke mit der erforderlichen Haltbarkeit und dem gewünschten sensorischen Profil zu ermöglichen“, so Ebener.

Verpackungen aus Silphie

Nicht nur die Maschinenbauer, auch die Lebensmittelwirtschaft setzt an der Stellschraube Verpackungsdesign an, um diese nachhaltiger zu gestalten. Eine der Maßnahmen, die Kaufland verfolgt, ist der Einsatz von Papierverpackungen aus Silphie-Fasern. Diese lassen sich über das Altpapier recyceln und so dem Rohstoffkreislauf zuführen. Neben Räucher- und Stremellachs der Eigenmarke K-Bio sind etwa Äpfel der Sorte Cameo in Silphie verpackt erhältlich. Das Papier dafür stammt von dem Start-up Outnature. Unter dieser Marke bündelt Prezero, die Umweltsparte der Schwarz-Gruppe, seine Innovationsstärke.

Die Äpfel der Sorte Cameo sind in einer
Papierverpackung aus Silphie-Fasern verpackt.
© Kaufland / AdobeStock/magdal3na

Ersatz von Kunststoff

Silphie ist eine robuste, mehrjährige Energiepflanze, die in Deutschland insbesondere am Bodensee großflächig angebaut wird. Bislang wurde sie ausschließlich zur Produktion von Biogas genutzt. Durch ein neues biothermisches Verfahren ist es Outnature gelungen, die Fasern von den übrigen Pflanzenbestandteilen zu trennen und sie als Rohstoff für Verpackungen zu nutzen. Das Unternehmen arbeitet daran, das Silphie-Papier mit zusätzlichen Barriereeigenschaften gegen Wasser oder Fett auszustatten. So kann das Papier zu einem weiteren Ersatzprodukt für Kunststoffverpackungen werden.

Ultradünne Barriereschicht

Vor allem für empfindliche Produkte haben sich Verpackungen aus Kunststoff-Verbundsystemen bewährt. Bestehend aus unterschiedlichen Polymeren gewährleisten sie Schutz vor äußeren Einflüssen. Verbundmaterialien erfüllen diese Funktionen zwar, können jedoch nicht wirtschaftlich recycelt werden. Mit Blick auf die gewaltige Menge an Verpackungsmaterial haben die Gesetzgeber auf Bundes- und EU-Ebene die Anforderungen an die Recyclingfähigkeit von Verpackungen zuletzt deutlich verschärft. Denn EU-weit werden jährlich mehr als 300 Milliarden Verpackungen nicht recycelt, weil sie aus einem Mix verschiedener Materialien bestehen. Verpackungen aus Monomaterialien sind dagegen gut recycelbar. Sie müssen aber mit ultradünnen Barriereschichten versehen werden, um empfindliche Produkte ebenso gut zu schützen wie Verbundmaterialien. Im Forschungsprojekt Re-use arbeiten vier Fraunhofer-Institute gemeinsam an neuen Verpackungskonzepten, die ohne Materialverbund funktionieren und damit eine deutliche höhere Recyclingquote erreichen. Die Projektpartner entwickeln ein Verfahren, mit dem es möglich werden soll, ultradünne Beschichtungen, zum Beispiel aus Aluminium- oder Siliziumoxid, mit zuverlässiger Barrierewirkung in einer Dicke von zehn Nanometern aufzutragen. Die Menge des Fremdmaterials auf dem eigentlichen Verpackungsmaterial ist dabei so gering, dass ein sortenreines Recycling problemlos möglich ist.

Messsystem für Superbarrieren

Voraussetzung für die Herstellung solcher „Superbarrieren“ im großen Maßstab ist eine zuverlässige Qualitätskontrolle. Ein weiteres Ziel des auf drei Jahre angelegten Forschungsprojekts ist daher die Entwicklung eines inline-fähigen Messsystems, das eine Regelung des Beschichtungsprozesses und damit eine durchgehende Qualitätskontrolle ermöglicht. Im Fokus vom Fraunhofer IPM steht eine Lösung, mit der sich Dicke und Elementzusammensetzung der Barriereschicht während der Herstellung vollständig prüfen und der Beschichtungsprozess regeln lässt. Dazu nutzen die Forschenden die charakteristischen spektralen Eigenschaften der Beschichtungen im Infrarotbereich. Infrarot-Strahlung eines Quantenkaskadenlasers erkennt unter streifendem Einfall die Barriereschicht. Aus den spektralen Merkmalen lassen sich letztlich Rückschlüsse über die Dicke und chemische Zusammensetzung der Schicht ziehen. (mb)