Extrakt aus Olivenkernen erweist sich als vielversprechend für nachhaltige Lebensmittelverpackungen
Italienische Forscher haben eine mit Olivenkern-Extrakt angereicherte Lebensmittelverpackungsfolie entwickelt, die in Labortests die Oxidation von Fleisch um fast 30 Prozent reduzierte.
Eine Studie des italienischen Nationalen Instituts für Metrologische Forschung (INRiM) ergab, dass Lebensmittelverpackungsfolien, die mit einem aus Nebenprodukten der Olivenölherstellung gewonnenen Olivenkern-Extrakt angereichert waren, starke antioxidative Eigenschaften aufwiesen.
Nach 10 Tagen Lagerung reduzierte die mit Olivenkern-Extrakt versetzte Folie den Qualitätsverlust um fast 30 Prozent im Vergleich zur Kontrollverpackung. –
Mithilfe eines umweltfreundlichen Extraktionsverfahrens auf Ethanolbasis entwickelten die Forscher ein aktives Verpackungsmaterial, das dazu beitragen könnte, die Haltbarkeit von Lebensmitteln zu verlängern und gleichzeitig neue Verwendungsmöglichkeiten für Abfälle aus der Olivenölindustrie zu schaffen.
„Die Forschung orientiert sich an den Prinzipien der Kreislaufwirtschaft, da sie darauf abzielt, Industrieabfällen neues Leben einzuhauchen, insbesondere solchen, die entlang der gesamten Olivenöl-Produktionskette anfallen, wie Olivenpressrückstände, Olivenkerne und Blätter“, sagte Consolato Schiavone, Forscher im Bereich „Physikalische Chemie für One Health“ (ML-03) am INRiM und Mitautor der Studie.
„Da die weltweite Olivenölbranche jährlich rund zwölf Millionen Tonnen umweltschädlichen Abfalls produziert, arbeiten die Wissenschaft und die Akteure der Branche daran, neue und nachhaltige Strategien zur Wiederverwendung dieser Materialien zu entwickeln.“
Obwohl die antioxidativen Eigenschaften von Olivenöl-Nebenprodukten und ihre potenzielle Verwendung in Lebensmittelverpackungen gut belegt sind, wurde ihre Wirksamkeit bei der Verlängerung der Haltbarkeit von Lebensmitteln noch nicht vollständig untersucht. Die INRiM-Forscher wollten diese Lücke schließen, indem sie eine aktive Verpackungsfolie entwickelten und testeten.
Das Projekt wurde in Zusammenarbeit mit Innovhub SSI Stazioni Sperimentali per l’Industria in Mailand durchgeführt, das die Proben der Olivenöl-Nebenprodukte zur Verfügung stellte.
„Im Grunde ging es uns darum, antioxidative oder antimikrobielle Verbindungen, insbesondere Polyphenole, aus diesen Abfällen zu extrahieren und sie in Verpackungsmaterialien einzubinden“, erklärte Schiavone. „Wir haben uns daher für eine lebensmitteltaugliche Celluloseacetatfolie entschieden und deren Wirksamkeit bei der Verzögerung des Verderbs von Lebensmitteln, wie beispielsweise Fleischpasteten, getestet.“
In der ersten Phase analysierten die Forscher Olivenkerne, Blätter und Trester auf ihre antimikrobiellen und antioxidativen Eigenschaften. Ein kolorimetrischer DPPH-Test (2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl) zeigte, dass der Extrakt aus Olivenkernen die höchste antioxidative Aktivität aufwies.
Anschließend bauten die Forscher den Extrakt in ein lebensmitteltaugliches Harz ein und beschichteten damit eine Celluloseacetatfolie, um das aktive Verpackungsmaterial herzustellen.
Außerdem verglichen die Forscher die antioxidative Wirkung aller drei Nebenprodukt-Extrakte an kleineren Folienproben. Der DPPH-Test ergab erneut, dass der Olivenkern-Extrakt am wirksamsten war, weshalb das Team ihn für eine Verpackungsfolie mit einem Extraktanteil von fünf Prozent auswählte.
Um die Leistung unter Bedingungen zu bewerten, die der realen Lebensmittellagerung nahekommen, testeten die Forscher die Folie an 10-Gramm-Proben von Rinderhackfleisch mit einem Fettanteil von 50 Prozent.
Rindfleischproben, die in Verpackungsfolien versiegelt wurden, während Laborversuche durchgeführt wurden, um die Fähigkeit des Olivenkern-Extrakts zu bewerten, die Oxidation zu verlangsamen und die Haltbarkeit von Lebensmitteln zu verlängern.
„Ein höherer Fettgehalt fördert die Oxidation, was ihn für diese Art von Studie besonders geeignet macht“, erklärte Schiavone. „Unser Ziel war es nicht, zu ermitteln, wie lange es dauert, bis Fleisch über einen längeren Zeitraum hinweg verdirbt, sondern vielmehr, seine Haltbarkeit unter beschleunigten Bedingungen abzuschätzen. Diese Art von ‚beschleunigten Haltbarkeitstests‘ simuliert reale Lagerbedingungen, wie sie beispielsweise in gekühlten Supermarktregalen herrschen, um festzustellen, ob unser Ansatz eine Verbesserung bietet.“
Die Forscher legten die Mini-Rindfleisch-Patties in drei Konfigurationen zwischen zwei Schichten Verpackungsfolie: unbehandelte Folie, eine Folie mit Gallussäure als Referenz-Antioxidans und eine Folie mit Olivenkern-Extrakt.
Mithilfe von TBARS-Tests (Thiobarbitursäure-reaktive Substanzen) maßen die Forscher die Lipidoxidation im Fleisch am nullten, vierten, siebten und zehnten Tag der Lagerung.
„Die Tests wurden sowohl an den Fettsäuren – den Verbindungen, die am anfälligsten für Oxidation sind – nach deren Extraktion aus den Fleischproben als auch am Fleisch selbst durchgeführt“, erklärte Schiavone.
„Die Ergebnisse zeigten, dass die mit Olivenkern-Extrakt behandelte Verpackung die Oxidation verzögerte und den allgemeinen Abbau des Fleisches verlangsamte. Ihre Leistung lag zwischen der unbehandelten Verpackung und der Positivkontrolle, die zum Nachweis einer hohen antioxidativen Wirksamkeit hinzugezogen wurde. Nach 10 Tagen Lagerung reduzierte die mit Olivenkern-Extrakt versehene Folie den Abbau im Vergleich zur Kontrollverpackung um fast 30 Prozent.“
Die Forscher maßen zudem die Gesamtkonzentration an Biophenolen im Olivenkern-Extrakt mittels ultrahochleistungsfähiger Flüssigkeitschromatographie in Verbindung mit Diodenarray-Detektion und hochauflösender Massenspektrometrie (UHPLC-DAD-HRMS).
Schiavone merkte an, dass Forscher Olivenpolyphenole und andere in Oliven vorkommende Verbindungen bereits umfassend charakterisiert haben. Das Team strebte jedoch ein detaillierteres Verständnis des chemischen Profils des Olivenkern-Extrakts an.
Die Analyse identifizierte mehr als 40 polyphenolische Verbindungen, darunter phenolische Alkohole, Phenolsäuren, Flavonoide, Lignane, Secoiridoide, Triterpene und deren glykosylierte Derivate.
Die Ergebnisse unterstrichen die komplexe phytochemische Zusammensetzung des Olivenkern-Extrakts und sein Potenzial als natürliche Quelle bioaktiver Verbindungen für mit Antioxidantien angereicherte Verpackungsmaterialien.
„Im Vergleich zu anderen in der Literatur beschriebenen antioxidativen Verpackungssystemen unterscheidet sich unser Ansatz erheblich in Struktur und Anwendung“, erklärte Schiavone.
„Ein wesentlicher Vorteil unseres Verpackungsprototyps besteht darin, dass die Wirkstoffe direkt in eine gebrauchsfertige Folie auf Zellulosebasis eingearbeitet werden, ohne deren mechanische Eigenschaften zu verändern oder zusätzliche Strukturierungsmittel zu erfordern. Dies trägt zur Nachhaltigkeit des Systems bei, da die Extrakte durch ein umweltschonendes, auf Ethanol basierendes Extraktionsverfahren gewonnen werden.“
Die Forscher planen, alternative, umweltfreundliche Extraktionsmethoden zu untersuchen und die Sicherheit des Verpackungsmaterials weiter zu bewerten, unter anderem im Hinblick darauf, ob unerwünschte Verbindungen in Lebensmittel übergehen könnten.
„In zukünftigen Arbeiten werden wir verschiedene umweltfreundliche Extraktionsverfahren testen“, sagte Schiavone. „Außerdem werden wir eine umfassende Untersuchung zum möglichen Austritt unerwünschter Moleküle aus der Verpackung in die Lebensmittel durchführen. Die aktuellen Ergebnisse ermöglichen jedoch eine unkomplizierte industrielle Umsetzung unter Einhaltung der gesetzlichen Vorschriften und unter Nutzung einer Ressource der Kreislaufwirtschaft. Diese Erkenntnisse ebnen den Weg für die Entwicklung innovativer, nachhaltiger und sicherer Lebensmittelverpackungslösungen und werten gleichzeitig landwirtschaftliche und industrielle Abfälle zu hochwertigen Materialien auf.“