Wissenschaftler haben ein essbares, transparentes und biologisch abbaubares Material entwickelt, das ein hohes Potenzial für die Verwendung in Lebensmittelverpackungen hat.
Lebensmittelverpackungen aus Kunststoff machen einen beträchtlichen Teil der Kunststoffabfälle auf den Mülldeponien weltweit aus. Angesichts der zunehmenden Umweltbedenken der Verbraucher suchen Forscher auf der ganzen Welt verstärkt nach Alternativen auf biologischer Basis.
Jetzt haben Wissenschaftler der Chinesischen Universität Hongkong (CUHK) ein essbares, transparentes und biologisch abbaubares Material entwickelt, das laut eigener Aussage ein beträchtliches Potenzial für den Einsatz in Lebensmittelverpackungen bietet.
Ein Team an der CUHK hat sich mit bakterieller Zellulose (BC) befasst – einer organischen 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 Fachbereich Chemie der CUHK und korrespondierender Autor der zugrundeliegenden Studie erklärte, dass die beeindruckende Zugfestigkeit und die hohe Vielseitigkeit von BC der Schlüssel zu seinem Potenzial sind.
To Ngai kommentiert: „Es wurden umfangreiche Forschungsarbeiten zu BC durchgeführt, unter anderem zu 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 Einweg-Plastikverpackungsmaterialien und machen es zu einem logischen Ausgangspunkt für unsere Forschung.“
Im Gegensatz zur Zellulose, die in den Zellwänden von Pflanzen vorkommt, kann BC durch mikrobielle Fermentation hergestellt werden, so dass es nicht notwendig ist, Bäume oder Pflanzen zu nutzen, was BC zu einer nachhaltigeren und umweltfreundlicheren Materialalternative zu pflanzlicher Zellulose macht. Bislang wurde die breite Anwendung von BC durch seine ungünstige Empfindlichkeit gegenüber Luftfeuchtigkeit (Hygroskopizität) eingeschränkt, was sich nachteilig auf seine physikalischen Eigenschaften auswirkt.
In der kürzlich im SCI Journal of the Science of Food and Agriculture veröffentlichten Arbeit stellen die Forscher der CUHK einen neuartigen Ansatz vor, um die Grenzen von BC-basierten Materialien zu überwinden. Durch den Einbau bestimmter Sojaproteine in die Struktur und die Beschichtung mit einem ölbeständigen Verbundstoff gelang es den Wissenschaftlern, eine essbare, transparente und robuste Verbundstoffverpackung auf BC-Basis herzustellen.
Dieser Ansatz bietet eine vielversprechende Lösung für die Herausforderung, nachhaltige und umweltfreundliche Verpackungsmaterialien zu entwickeln, die Einwegkunststoffe in großem Maßstab ersetzen können. Die Studie zeigte, dass die Kunststoffalternative innerhalb von ein bis zwei Monaten vollständig abgebaut werden kann. Im Gegensatz zu anderen biologisch hergestellten Kunststoffen wie Polymilchsäure benötigt der BC-basierte Verbundstoff keine speziellen industriellen Kompostierungsbedingungen, um sich abzubauen.
Die Forscher an der CUHK untersuchen nun, in welche Richtung die Forschung gehen soll. Sie hoffen, die Vielseitigkeit modifizierter BC-Filme zu verbessern, damit sie für ein breiteres Spektrum von Anwendungen geeignet sind. Insbesondere konzentrieren sie sich auf die Entwicklung eines wärmehärtenden Klebstoffs, der starke Bindungen zwischen der bakteriellen Zellulose herstellen kann, so dass sie bei Erwärmung leicht in verschiedene Formen gebracht werden kann.
„Eine der größten Herausforderungen bei Folien aus Bakterienzellulose ist, dass sie nicht thermoplastisch sind, was ihre Einsatzmöglichkeiten in bestimmten Anwendungen einschränkt. Indem wir dieses Problem angehen, hoffen wir, bakterielle Zellulosefolien wettbewerbsfähiger gegenüber herkömmlichen Kunststoffen zu machen und gleichzeitig ihre Umweltfreundlichkeit zu erhalten“, erklärte Ngai.
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