Wissenschaftler entwickeln antimikrobielle Lebensmittelverpackungen auf pflanzlicher Basis, die Plastik ersetzen sollen

Mit dem Ziel, umweltfreundliche Alternativen zu Lebensmittelverpackungen und -behältern aus Kunststoff herzustellen, hat ein Wissenschaftler von Rutgers eine biologisch abbaubare Beschichtung auf Pflanzenbasis entwickelt, die auf Lebensmittel gesprüht werden kann und vor pathogenen und verderblichen Mikroorganismen und Transportschäden schützt.

Der skalierbare Prozess könnte möglicherweise die nachteiligen Umweltauswirkungen von Lebensmittelverpackungen aus Kunststoff reduzieren und die menschliche Gesundheit schützen.

„Wir wussten, dass wir die erdölbasierten Lebensmittelverpackungen, die es da draußen gibt, loswerden und durch etwas nachhaltigeres, biologisch abbaubares und ungiftiges ersetzen mussten“, sagte Philip Demokritou, Direktor des Nanoscience and Advanced Materials Research Center und der Henry Rutgers Lehrstuhl für Nanowissenschaften und Umweltbiotechnik an der Rutgers School of Public Health und dem Institut für Umwelt- und Arbeitsgesundheitswissenschaften. „Und wir haben uns gleichzeitig gefragt: ‚Können wir Lebensmittelverpackungen mit einer Funktionalität entwickeln, die die Haltbarkeit verlängert und Lebensmittelabfälle reduziert und gleichzeitig die Lebensmittelsicherheit verbessert?“‘

Demokritou fügte hinzu: „Und was wir uns ausgedacht haben, ist eine skalierbare Technologie, die es uns ermöglicht, Biopolymere, die im Rahmen einer Kreislaufwirtschaft aus Lebensmittelabfällen gewonnen werden können, in intelligente Fasern umzuwandeln, die Lebensmittel direkt einwickeln können. Dies ist ein Teil davon neue Generation, ‚intelligente‘ und ‚grüne‘ Lebensmittelverpackungen.“

Die Forschung wurde gemeinsam mit Wissenschaftlern der Harvard University durchgeführt und von der Harvard-Nanyang Technological University/Singapore Sustainable Nanotechnology Initiative finanziert.

Ihr Artikel, veröffentlicht im Wissenschaftsjournal Naturkost, beschreibt die neuartige Verpackungstechnologie unter Verwendung von Fasern auf Polysaccharid-/Biopolymerbasis. Wie die Netze, die die Marvel-Comicfigur Spider-Man wirft, kann das fadenförmige Material aus einem Heizgerät gesponnen werden, das einem Haartrockner ähnelt, und über Lebensmittel in verschiedenen Formen und Größen, wie eine Avocado oder ein Roastbeef, „schrumpfverpackt“ werden Steak. Das resultierende Material, das Lebensmittel umhüllt, ist robust genug, um Blutergüsse zu schützen, und enthält antimikrobielle Wirkstoffe, um Verderb und pathogene Mikroorganismen wie E. coli und Listerien zu bekämpfen.

Das Forschungspapier enthält eine Beschreibung der Technologie namens Focused Rotary Jet Spinning, ein Verfahren, mit dem das Biopolymer hergestellt wird, und quantitative Bewertungen, die zeigen, dass die Beschichtung die Haltbarkeit von Avocados um 50 Prozent verlängert. Die Beschichtung kann laut Studie mit Wasser abgespült werden und baut sich innerhalb von drei Tagen im Boden ab.

Die neue Verpackung zielt darauf ab, ein ernsthaftes Umweltproblem anzugehen: die Verbreitung von erdölbasierten Kunststoffprodukten im Abfallstrom. Bemühungen, die Verwendung von Plastik einzudämmen, wie etwa Gesetze in Staaten wie New Jersey, die die Verteilung von Plastiktüten in Lebensmittelgeschäften unterbinden, können helfen, sagte Demokritou. Aber er wollte mehr tun.

„Ich bin nicht gegen Plastik“, sagte Demokritou. „Ich bin gegen erdölbasierte Kunststoffe, die wir immer wieder wegwerfen, weil nur ein winziger Teil davon recycelt werden kann. In den letzten 50 bis 60 Jahren, im Zeitalter des Kunststoffs, haben wir 6 Milliarden Tonnen Kunststoff platziert Abfall in unsere Umwelt. Sie sind dort draußen und werden langsam abgebaut. Und diese winzigen Fragmente gelangen in das Wasser, das wir trinken, in die Nahrung, die wir essen, und in die Luft, die wir atmen.“

Zunehmende Beweise von Demokritous Forschungsteam und anderen weisen auf mögliche gesundheitliche Auswirkungen hin.

Das Papier beschreibt, wie die neuen Fasern, die das Essen einkapseln, mit natürlich vorkommenden antimikrobiellen Inhaltsstoffen versetzt werden – Thymianöl, Zitronensäure und Nisin. Forscher des Demokritou-Forschungsteams können solche intelligenten Materialien so programmieren, dass sie als Sensoren fungieren und Bakterienstämme aktivieren und zerstören, um sicherzustellen, dass Lebensmittel unbefleckt ankommen. Dies wird der wachsenden Besorgnis über durch Lebensmittel übertragene Krankheiten entgegenwirken und das Auftreten von Lebensmittelverderb verringern, sagte Demokritou.

Zu den Wissenschaftlern der Harvard University, die die Forschung durchgeführt haben, gehören Kevin Kit Parker, Huibin Chang, Luke Macqueen, Michael Peters und John Zimmerman von der Disease Biophysics Group, John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences; und Jie Xu, Zeynep Aytac und Tao Xu vom Zentrum für Nanotechnologie und Nanotoxikologie, Abteilung für Umweltgesundheit, Harvard TH Chan School of Public Health.