19.02.2025

Neue Verpackungen für empfindliche Lebensmittel: Biobasiert und recyclingfähig

Hochschule Albstadt-Sigmaringen

Verbraucher kennen die durchsichtigen Verpackungen mit Schutzatmosphäre aus dem Handel meist als Verpackung für Fleisch-, Wurst- und Käsewaren. Mittlerweile werden diese auch für vegetarische und vegane Produkte genutzt. Der Vorteil: Das im Innern enthaltene Gasgemisch sorgt für eine keimhemmende Barriere, so dass Lebensmittel frisch bleiben und ihre Form und Farbe behalten. Durch ihren mehrschichtigen Aufbau aus fossilen Ausgangsmaterialien liegt ihr großer Nachteil jedoch darin, dass sie nur begrenzt recyclingfähig sind. Dadurch gehen sie dem Stoffkreislauf nach der Einmalnutzung verloren. In der Verpackungsentwicklung wird daher angestrebt, zunehmend nur noch recyclingfähige Verpackungen in den Verkehr zu bringen. Daneben liegt ein weiterer Entwicklungstrend auf Kunststoffverpackungen mit einem möglichst hohen biobasierten Anteil. Biobasierte Verpackungen verfügen aktuell jedoch noch nicht über eine ausreichende Gasbarriere zur Verpackung empfindlicher Lebensmittel.  Vor diesem Hintergrund ist es also notwendig, eine neue Verpackungsart zu entwickeln, die sowohl quasi vollständig biobasiert als auch recyclingfähig ist.

Hier setzt PLA4MAP an, ein vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) beauftragtes und von der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) gefördertes Projekt. Gemeinsam verfolgten die Projektpartner des Fraunhofer-Instituts für Verfahrenstechnik und Verpackungen (IVV), der Albstadt-Sigmaring Universität (ASU) und des Instituts für Energie- und Umweltforschung Heidelberg (ifeu) seit 2020 das Ziel, eine Schutzatmosphäre-Verpackung (MAP) aus vollständig recyclingfähigen Rohstoffen zu entwickeln. Ein im Rahmen des Projekts entwickelter Schalen-Prototyp führte erfolgreich zu einer nahezu vollständig biobasierten vierschichtigen Barriereverpackung, die so aufgebaut ist:

Zwischen zwei biologisch abbaubaren Deckschichten aus Polymilchsäure (PLA) wirkt eine Proteinschicht aus Sojaproteinkonzentrat als Sauerstoffbarriere sowie eine Wachs-Hotmelt-Schicht als Wasserdampfbarriere. Die Wachsschicht wird aus Sonnenblumenwachs, einem Nebenprodukt der Speiseölherstellung, gewonnen.  Als Deckel fungiert eine auf PLA basierende Siegelfolie mit Metallisierung. 

Im Rahmen der Forschungsarbeiten war es Aufgabe des ifeu, zum einen Parameter abzuleiten, die eine möglichst einfache und nachvollziehbare Einschätzung der Recyclingfähigkeit der neu entwickelten PLA-Verpackung ermöglichen. Zum anderen bewertete das Institut die ökologische Nachhaltigkeit des fertigen Produktes und verglich diese mit konventionellen Referenzverpackungen.

Das Fraunhofer IVV übernahm das mechanische sowie lösemittelbasierte Test-Recycling des fertigen Produktes in der Praxis. Anschließend erfolgte eine lebensmittelrechtliche Bewertung und eine Überprüfung der Einsatzmöglichkeiten des Rezyklats.

Im Ergebnis zeigte sich, dass die Auswahl der verwendeten Rohstoffe erfolgreich war: Der mehrschichtige Schalenverbund erfüllt alle geforderten Barriereeigenschaften und ließe sich vollständig recyceln, wenn die Sortier- und Recyclingströme für PLA in der Praxis ausreichend genug vorhanden wären. Gelänge eine Etablierung, ließen sich aus dem Rezyklat neue, funktionstüchtige Verpackungen herstellen. 

Ausblick:
Die Verarbeitung biobasierter Materialien zu einer Barriereschicht für Kunststoffverpackungen ist ein innovatives Verfahren, das bislang nur im Pilotmaßstab existiert. Der hohe Energie- und Kostenaufwand zur Herstellung und Verarbeitung von PLA ist aktuell noch als weniger nachhaltig im Vergleich zu der fossilbasierter Verpackungen zu bewerten. Empfehlenswert wäre eine Ausweitung der weltweiten PLA-Produktion und vor allem eine Gewichtsreduzierung der Verpackung. Hier sehen die Forschenden großes Potenzial für deren Durchsetzbarkeit. 

Weitere Informationen: 

• Nachhaltigkeitsanalyse (pdf)
• Recyclingfähigkeit (pdf)