Forscher stellen essbare, transparente Verbundverpackungen aus Biozellulose her

Lebensmittelverpackungen aus Kunststoff machen einen erheblichen Anteil des Plastikmülls auf Mülldeponien aus. Angesichts zunehmender Umweltbedenken suchen Forscher nach biologischen Alternativen.

Jetzt haben Wissenschaftler der Chinese University of Hong Kong (CUHK) ein essbares, transparentes und biologisch abbaubares Material mit erheblichem Potenzial für die Anwendung in Lebensmittelverpackungen entwickelt. Ihre Arbeiten werden im veröffentlicht Zeitschrift für Ernährungs- und Landwirtschaftswissenschaft.

Aufgrund der starken Abhängigkeit von Petrochemikalien und der inhärenten biologischen Nichtabbaubarkeit von Kunststoffverpackungen tragen diese seit langem erheblich zur Umweltverschmutzung bei. Ein Team am CUHK hat seine Aufmerksamkeit auf bakterielle Cellulose (BC) gerichtet, eine organische Verbindung, die aus bestimmten Bakterienarten gewonnen wird und als nachhaltige, leicht verfügbare und ungiftige Lösung für die allgegenwärtige Verwendung von Kunststoffen Aufmerksamkeit erregt hat.

Professor To Ngai vom Department of Chemistry der CUHK und korrespondierender Autor der Studie erklärte, dass die beeindruckende Zugfestigkeit und die hohe Vielseitigkeit von BC der Schlüssel zu seinem Potenzial seien.

Er sagte: „Es wurden umfangreiche Untersuchungen zu BC durchgeführt, einschließlich seiner Verwendung in intelligenten Verpackungen, intelligenten Folien und funktionalisierten Materialien, die durch Mischen, Beschichten und andere Techniken hergestellt werden. Diese Studien zeigen das Potenzial von BC als Ersatz für Einwegkunststoffe.“ Verpackungsmaterialien, was es zu einem logischen Ausgangspunkt für unsere Forschung macht.“

Im Gegensatz zur Zellulose, die in den Zellwänden von Pflanzen vorkommt, kann BC durch mikrobielle Fermentation hergestellt werden, wodurch die Ernte von Bäumen oder Nutzpflanzen überflüssig wird. Ngai stellte fest, dass „diese Produktionsmethode nicht zur Entwaldung oder zum Verlust von Lebensräumen beiträgt, was BC zu einer nachhaltigeren und umweltfreundlicheren Materialalternative zu pflanzlicher Zellulose macht.“

Bisher wurde die weit verbreitete Verbreitung von BC durch seine ungünstige Empfindlichkeit gegenüber Luftfeuchtigkeit (Hygroskopizität) eingeschränkt, die sich nachteilig auf seine physikalischen Eigenschaften auswirkt.

In der Arbeit stellten die Forscher einen neuartigen Ansatz vor, um die Einschränkungen BC-basierter Materialien zu beseitigen. Durch den Einbau bestimmter Sojaproteine ​​in die Struktur und die Beschichtung mit einem ölbeständigen Verbundwerkstoff gelang es ihnen, eine essbare, transparente und robuste Verbundverpackung auf BC-Basis zu schaffen.

Ngai stellte fest, dass dieser Ansatz sehr gut skalierbar ist: „Er erfordert keine spezifischen Reaktionsbedingungen wie chemische Reaktionen, sondern eine einfache und praktische Methode mit Mischen und Beschichten. Dieser Ansatz bietet eine vielversprechende Lösung für die Herausforderung der Entwicklung nachhaltiger.“ und umweltfreundliche Verpackungsmaterialien, die Einwegkunststoffe in großem Umfang ersetzen können.“

Die Studie zeigte, dass die Kunststoffalternative innerhalb von 1–2 Monaten vollständig abgebaut werden kann. Im Gegensatz zu anderen biologisch gewonnenen Kunststoffen wie Polymilchsäure sind für den Abbau des BC-basierten Verbundwerkstoffs keine besonderen industriellen Kompostierungsbedingungen erforderlich.

Ngai erklärte: „Das in dieser Forschung entwickelte Material ist vollständig essbar, sodass es für Schildkröten und andere Meerestiere sicher verzehrt werden kann, ohne dass es zu einer aquatischen Toxizität im Ozean kommt.“

Die Forscher am CUHK erkunden nun die Richtungen für die zukünftige Forschung. Sie hoffen, die Vielseitigkeit modifizierter BC-Filme zu verbessern und sie für ein breiteres Anwendungsspektrum geeignet zu machen. Sie konzentrieren sich insbesondere auf die Entwicklung eines duroplastischen Klebers, der starke Bindungen zwischen bakterieller Zellulose herstellen kann, sodass sie sich beim Erhitzen leicht in verschiedene Formen bringen lässt.

„Eine der größten Herausforderungen bei Bakterienzellulosefolien besteht darin, dass sie nicht thermoplastisch sind, was ihr Potenzial für den Einsatz in bestimmten Anwendungen einschränkt. Durch die Lösung dieses Problems hoffen wir, Bakterienzellulosefolien gegenüber herkömmlichen Kunststoffen wettbewerbsfähiger zu machen und gleichzeitig ihre Umweltfreundlichkeit beizubehalten „, erklärte Ngai.

Ngai hofft, dass die aktuelle Studie dazu beitragen wird, den übermäßigen Einsatz von Einwegplastik zu bekämpfen, der nach nur wenigen Tagen in den Supermarktregalen Hunderte von Jahren bestehen bleiben kann.

„Diese Forschung erinnert daran, dass natürliche Rohstoffe möglicherweise bereits über die notwendigen Eigenschaften verfügen, um über die Funktionen von Kunststoffverpackungen hinaus zu funktionieren“, schloss er.