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Innovative Verpackungsmaterialien

Schwerpunktthema der Forschungsgruppe Lebensmittel-Verpackung

In unserer schnelllebigen Gesellschaft stieg in den letzten Jahren die Nachfrage nach frischen, qualitativ hochwertigen Lebensmitteln mit hohem Conveniencegrad, die möglichst wenig Zusatzstoffe und keine Konservierungsmittel enthalten. Die Verpackung spielt dabei eine grosse Rolle. Sie übernimmt mit der zunehmenden Komplexität der Wertschöpfungskette eine immer wichtigere Funktion und ist entscheidend um die Lebensmittelsicherheit und -qualität aufrecht zu erhalten, die Verluste zu minimieren und den Einsatz von Lebensmittelzusatzstoffen zu reduzieren.

Dieser Hintergrund bietet uns die Gelegenheit, in enger Zusammenarbeit mit der Verpackungsindustrie, innovative Verpackungsmaterialien zu entwickeln, die den veränderten Anforderungen der Lebensmittelindustrie und denen der Konsumenten gerecht werden. In dem Sinne arbeiten wir auch mit Lebensmittelproduzenten zusammen, um den Einfluss der entwickelten Verpackungsmaterialien auf unterschiedliche Lebensmittel zu untersuchen.

Aktive und intelligente Verpackungen sind Beispiele von innovativen Verpackungstechnologien, die genutzt werden können, um die erhöhten Anforderungen auf industrieller, Retailer- und distributioneller Ebene zu erfüllen. Aktive Verpackungen können, im Gegensatz zu traditionellen Verpackungsmaterialien, neben der passiven Barrierefunktion eine zusätzliche aktive Rolle übernehmen, um die Qualität des Lebensmittels besser zu erhalten. Intelligente oder smarte Verpackungsmaterialien ermöglichen eine Überwachung des aktuellen Qualitätszustandes eines Lebensmittels und können diesen nach aussen kommunizieren.

Aktive Verpackung

Die Entwicklung und Evaluierung von aktiven Verpackungsmaterialien ist einer unserer Forschungsschwerpunkte. Aktive Verpackungen übernehmen neben der passiven Barrierefunktion eine zusätzliche aktive Rolle, indem sie gezielt Stoffe in die Lebensmittelverpackung abgeben oder dieser bestimmte Substanzen entziehen. Diese können dort eingesetzt werden, wo bisherige Verpackungsmaterialien und -technologien wie beispielsweise Schutzatmosphärenverpackungen (MAP) an ihre Grenzen stossen. In Zusammenarbeit mit Lebensmittelindustrie und Verpackungsherstellern initialisieren wir entsprechende Forschungsprojekte mit dem Ziel, eine Erhöhung der Lebensmittelqualität oder eine Haltbarkeitsverlängerung zu erreichen.

Sauerstoffscavanger

Sauerstoff im Kopfraum einer Verpackung kann zu unerwünschten Oxidationsreaktionen führen, welche mit negativen Veränderungen der sensorischen Eigenschaften, Farbveränderungen und/oder zu Nährstoffverlusten in Lebensmitteln einhergehen. Weiter fördert die Anwesenheit von Sauerstoff das Wachstum von aeroben Mikroorganismen wie Bakterien oder Schimmel. Um dem entgegenzuwirken, arbeiten wir aktiv an der Entwicklung verschiedener neuartiger Sauerstoffabsorber. So haben wir beispielsweise im Rahmen eines KTI-Projektes eine palladiumbasierte, sauerstoffzehrende Etikette entwickelt, um den Restsauerstoff aus MAP Verpackungen zu eliminieren und somit unerwünschte Oxidationsreaktionen zu vermeiden oder das Schimmelwachstum zu verzögern.

Antimikrobielle Filme

Einer unserer weiteren Forschungsschwerpunkte ist die Entwicklung und Evaluierung antimikrobieller Filme für Lebensmittelverpackungen. Durch den Einsatz von antimikrobiellen Filmen kann das Wachstum von Mikroorganismen, die zum Lebensmittelverderb führen, produktspezifisch verzögert oder sogar verhindert werden. Auch mikrobiell gebildete Fehlgerüche und Schleim können durch die Anwendung von antimikrobiellen Verpackungen verhindert werden. Durch die Hemmung von pathogenen Keimen und Toxinbildnern können wir zudem einen Beitrag zur Erhöhung der Lebensmittelsicherheit leisten.

Antioxidantien-freisetzende Verpackungen

Um Lebensmittel vor unerwünschter Lipidoxidation zu schützen, werden oft synthetische Antioxidantien wie BHT (E 321) oder BHA (E 320) in Lebensmittelverpackungen eingesetzt. Im Zeitraum des «Clean Label» stossen solche Zusatzstoffe jedoch immer mehr auf Ablehnung beim Konsumenten.  In diesem Zusammenhang untersuchen wir den Einsatz von aktiven, antioxidantienfreisetzenden Verpackungsmaterialien, welche auf der Wirkungsweise alternativer natürlichen Substanzen, wie zum Beispiel ätherischen Ölen, basieren.

Publikationen

A concise guide to active agents for active food packaging. Trends in Food Science & Technology. In press.
Yildirim, Selçuk; Röcker, Bettina (2018).

Active packaging. In: Cerqueira, Miguel Ângelo et al. (Hrsg.), Nanomaterials for Food Packaging: Materials, Processing Technologies, and Safety Issues, Elsevier, DOI: 10.1016/B978-0-323-51271-8.00007-3
Yildirim, Selçuk; Röcker, Bettina (2018).

Major technical challenges to overcome for successful exploitation of active and intelligent packaging technologies. In: 21st IAPRI World Conference in Packaging, Zhuhai, China, June 19-22 2018.
Yildirim, Selçuk; Röcker, Bettina (2018).

Bessere Lebensmittelqualität durch innovative Verpackung. (PDF 2,5 MB) Newsletter Transfer, ZHAW.

Development of antioxidant food packaging materials for extending display life of fresh beef, Meat Science, DOI: doi.org/10.1016/j.meatsci.2018.05.015
Navikaite-Snipaitiene V., Ivanauskas L., Jaktas V., Rüegg N., Rutkaite R., Wolfram E., Yildirim S., (2018).

Active packaging applications for food. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. DOI: 10.1111/1541-4337.12322
Yildirim, S., Röcker, B. (2017).

Use of palladium based oxygen scavenger to prevent discoloration of ham. Food Packaging and Shelf Life.DOI: 10.1016/j.fpsl.2016.02.004

Application of palladium-based oxygen scavenger to extend the shelf life of bakery products. Book of Abstracts of 6th International Symposium on Food Packaging; Barcelona, Spain. ILSI Europe.

Intelligente und smarte Verpackungen. Lebensmittel-Industrie: Fachmagazin für das Managenment der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie.
Yildirim, S., Röcker, B. (2016)

Development of Palladium-based Oxygen Scavenger: Optimization of Substrate and Palladium Layer Thickness. Packaging Technology and Science. DOI: 10.1002/pts.2134

Projekte

Development of active packaging system based on ground or modified calcium carbonate. 2017-2019. 
KTI Projekt Nr: 25176.1 PFLS-LS.

Active and intelligent fibre-based packaging – innovation and market introduction (ActInPak). 2014–2019. 
FPS COST Action FP1405

Development of active labels to remove the residual oxygen in the package after a modified atmosphere packaging process to preserve the quality of food, ensure its safety and prolong the shelf life. 2014-2017. 
KTI Projekt Nr: 14665.1 PFLS-LS.

Electrospun nano-fibres for bio inspired composite materials and innovative industrial applications. 2014-2016. 
MPNS COST Action MP1206

(BIOPAC) Biopolymer based bioactive food packaging. Projekt Partner: Kaunas University of Technology, Litauen, 2015. 
Sciex, Scientific Exchange Programme NMS.CH, Project Code 14.045.

Eco-sustainable food packaging based on polymer nanomaterials. 2010-2013. 
FA COST Action FA0904 

Weitere vertrauliche Industrieprojekte