Folien auf Olivenölbasis könnten bald Kunststoffverpackungen für Lebensmittel ersetzen

Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass natives Olivenöl extra erfolgreich als Hauptbestandteil von Oleofilmen – umweltfreundlichen Schutzbeschichtungen für Lebensmittel – eingesetzt werden könnte.

Laut den türkischen Forschern, die die Studie verfasst haben, könnten diese neuen Materialien eine praktikable Alternative zu Kunststoffen in Lebensmittelverpackungen darstellen.

Sie zersetzen sich in der Natur schnell und verursachen somit keine ernsthafte Umweltbelastung. Oleofilme verringern den CO₂-Fußabdruck, indem sie die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen reduzieren. – Bülent Başyiğit, Harran-Universität

Die Forscher entwickelten eine einfache und effektive Methode zur Herstellung von Oleofilmen und brachten die Materialien damit einen Schritt näher an die Konkurrenz zu aktuellen Industriestandards.

„Herkömmliche Kunststofffolien sind langlebig und gewährleisten Zuverlässigkeit bei Transport und Lagerung“, erklärte Bülent Başyiğit, Forscher an der Fakultät für Ingenieurwissenschaften der Harran-Universität in Şanlıurfa, Türkei, gegenüber Olive Oil Times.

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„Zu ihren weiteren Vorteilen zählen niedrige Kosten, geringes Gewicht, einfache Verarbeitung und fortschrittliche Barriereeigenschaften“, fügte er hinzu. „Herkömmliche Kunststofffolien auf Erdölbasis sind jedoch nicht biologisch abbaubar und verbleiben lange Zeit in der Natur.“

„Außerdem könnten schädliche Chemikalien, die in der natürlichen Struktur der herkömmlichen Kunststofffolien enthalten sind, in die verpackten Lebensmittel oder Getränke gelangen“, merkte Başyiğit an.

Oleofilme, die auf biologisch abbaubaren und essbaren Ölpolymeren basieren, könnten gegenüber Kunststoffen einen erheblichen Vorteil haben.

„Ihre bemerkenswertesten Eigenschaften sind, dass sie sich in der Natur schnell zersetzen und somit keine ernsthafte Umweltbelastung verursachen“, sagte Başyiğit. „Oleofilme verringern den CO₂-Fußabdruck, indem sie die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen reduzieren.“

In der Regel werden Kunststofffolien aus synthetischen Polymeren hergestellt, die aus fossilen Brennstoffen gewonnen werden, wie beispielsweise Polyethylen oder Polypropylen.

Darüber hinaus ist die Herstellung solcher Kunststofffolien ein äußerst energieintensiver Prozess, doch Skaleneffekte haben sie im Gegensatz zu den meisten anderen Industriezweigen deutlich kostengünstig gemacht.

Die wichtigsten Vorteile von Oleofilms gegenüber anderen biologisch abbaubaren Folien sind ihre Elastizität und Flexibilität. Außerdem sind sie bei extremen Temperaturschwankungen weitaus stabiler.

Den Forschern zufolge verringert die chemische Struktur von Oleofilmen das Risiko eines Austritts von Chemikalien in Lebensmittel oder Getränke erheblich.

Oleofilme lösen sich nicht leicht auf oder zersetzen sich, wenn sie Feuchtigkeit ausgesetzt sind, und Wasser dringt nicht leicht durch sie hindurch. „Oleofilme sind wasserabweisend und ihre Wasserdurchlässigkeit ist gering“, bestätigte Başyiğit.

„Oleofilme könnten als vielversprechende Schutzsysteme dienen, insbesondere für ölige und feuchte Lebensmittel, da sie aus Folien bestehen, die aus hydrophoben und ölbasierten Komponenten hergestellt sind“, sagte er.

„Diese Folien können die Haltbarkeit von Lebensmitteln verlängern, indem sie Oxi­da­tion ver­hindern, den Feuch­tigkeits­ver­lust redu­zieren und eine wasserdichte Bar­riere bilden“, fügte er hinzu.

Zu den Lebensmitteln, die sich leicht mit Oleofilmen verpacken lassen, gehören Produkte auf Schokoladenbasis, Käse, Fleischwaren und Cracker.

Darüber hinaus erweisen sie sich als äußerst wirksam beim Schutz von frischen Lebensmitteln wie Obst und Gemüse.

„Ein Hauptgrund für den Strukturverfall bei Obst und Gemüse ist der Wasserverlust aus ihren Strukturen“, sagte Başyiğit. „Angesichts der hydrophoben Eigenschaften von Oleofilmen wird erwartet, dass sie den Feuchtigkeitshaushalt innerhalb der Verpackung aufrechterhalten.“

„Somit können diese Folienmodelle dazu beitragen, Schrumpfung und Verhärtung zu verhindern, indem sie den Wasserverlust bei allen Obst- und Gemüsesorten reduzieren“, fügte er hinzu. „Natürliche Öle wie Olivenöl besitzen antimikrobielle und antimykotische Eigenschaften, die dazu beitragen, den Verderb von Lebensmitteln zu verlangsamen, indem sie das Wachstum von Bakterien und Pilzen hemmen.“

Natives Olivenöl extra ist ein Schlüsselkomponente des vom Forschungsteam entwickelten Oleofilm-Herstellungsverfahrens, das sich als effizienter erwiesen hat als andere biologisch abbaubare Öle.

„Olivenöl verleiht dem Endprodukt aufgrund seiner einzigartigen Strukturen eine antioxidative Wirkung“, sagte Başyiğit und verwies dabei auf das Vorhandensein von Tocopherolen (Vitamin E) und phenolischen Verbindungen in nativem Olivenöl extra.

„Ihr Vorkommen im Olivenöl ist entscheidend für die Verhinderung oder Verzögerung einer möglichen Oxidation in Folien“, fügte er hinzu. „Die Verhinderung oder Verzögerung oxidativer Zersetzung verlängert die Lebensdauer von Verpackungsfolien.“

Natives Olivenöl extra erwies sich aufgrund seines hohen Gehalts an einfach ungesättigten Fettsäuren, vor allem Ölsäure, als wirksamer als andere Öle, da diese im Vergleich zu mehrfach ungesättigten Fettsäuren einen besseren Schutz vor Oxidation bieten.

„Öle, die reich an gesättigten und mehrfach ungesättigten Fettsäuren sind, können zur Verhärtung oder Erweichung von Ölfilmen führen“, sagte Başyiğit. Der ausgewogene Gehalt an ungesättigten Fettsäuren in nativem Olivenöl extra macht es zu einer effizienteren Wahl.

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Phenole und Tocopherole in Olivenöl reduzieren oxidative Schäden, eine Eigenschaft, die durch eine Beschichtung mit Oleofilmen verstärkt werden kann.

„Die Einarbeitung von nativem Olivenöl extra in Oleofilms kann die antioxidativen Eigenschaften der Endprodukte verbessern“, sagte Başyiğit. „Darüber hinaus können antioxidative Verbindungen Schutz bieten, indem sie durch die Folie in das Lebensmittel diffundieren.“

„Folien, die Olivenöl enthalten, können die Haltbarkeit verlängern, die Nährstoffqualität bewahren und oxidativen Verderb verhindern, indem sie die Antioxidationskapazität sowohl des Folienmaterials als auch des beschichteten Produkts erhöhen“, fügte er hinzu.

Das Vorhandensein von nativem Olivenöl extra in Oleofolien verbessert deren biologische Abbaubarkeit zusätzlich.

„Ölsäure, phenolische Verbindungen und Tocopherole im Olivenöl können den biologischen Abbau fördern“, sagte Başyiğit. „Phenolische Verbindungen können den Abbau erleichtern, indem sie die enzymatischen Reaktionen von Mikroorganismen verstärken.“

Die auf Olivenöl basierenden Oleofilme wurden durch die Kombination von Proteinen und Lipiden unter Verwendung von Ultraschall-Emulgierungstechniken hergestellt. Bei diesem Verfahren werden hochfrequente Schallwellen eingesetzt, um Emulsionen – Mischungen aus zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten – zu erzeugen und zu stabilisieren.

Die Herstellung begann mit der Zubereitung von Oleogelen, die Sojaproteinhydrolysat, Gelatine, natives Olivenöl extra, Stearinsäure und Lecithin enthalten.

Die Protein- und Lipidphasen wurden im Verhältnis 1:1 gemischt und einer Hochleistungs-Ultraschallbehandlung unterzogen, bei der Partikel in einer Flüssigkeit durch hochfrequente Schallwellen (Ultraschall) in Bewegung versetzt werden.

Dieser Prozess verbesserte die Stabilität und Homogenität der Emulsion. Sobald sich die Oleogele gebildet hatten, wurden sie mit Glycerin kombiniert, um die Flexibilität zu verbessern.

Nach einem Ultraschall-Entgasungsprozess zur Beseitigung von Luftblasen ließ man die Mischung 24 Stunden lang bei Raumtemperatur trocknen.

Die entstandenen Oleofilme mit einer Dicke zwischen 0,18 und 0,25 Millimetern erwiesen sich als wasserbeständig und gasundurchlässig, was bedeutet, dass Sauerstoff, Kohlendioxid oder Wasserdampf die Barriere nicht ohne Weiteres durchdringen konnten.

Das Verfahren ermittelte die erforderliche Ultraschallleistung für optimale Flexibilität, Festigkeit und Barriereeigenschaften, die erfolgreich an frisch geschnittenen Ananas getestet wurden.

„Bei Folien mit hydrophilen und hydrophoben Strukturen ist die Ultraschall-Emulgierung eine entscheidende Technik, die die Folienqualität durch Förderung der Homogenität verbessert“, erklärte Başyiğit. „Sie verhindert die Phasentrennung und ermöglicht die Herstellung mechanisch robuster und funktionaler Filme, die über längere Zeiträume hinweg stabil bleiben.“

Die Forscher wiesen darauf hin, dass weitere Investitionen und Forschungsarbeiten erforderlich sind, um die Weiterentwicklung von Oleofilmen zu unterstützen und sie zu einer kommerziell tragfähigen Alternative zu herkömmlichen Folien auf Kunststoffbasis zu machen.

Die Forscher fügten hinzu, dass noch erhebliche Herausforderungen bewältigt werden müssen.

Oleofilme sind reißanfälliger als der aktuelle Industriestandard und können in Bezug auf mechanische Festigkeit und Flexibilität noch nicht mithalten. Auch Vakuumverpackungen sind mit diesen neuen Folien derzeit nicht realisierbar.

„Obwohl die Massenproduktion von Kunststoffen gut etabliert ist und deren Kosten sehr niedrig bleiben, müssen Oleofilme erst noch Skaleneffekte erzielen“, sagte Başyiğit. „Langfristig könnten Oleofilme, wenn diese Herausforderungen bewältigt sind, als umweltfreundliche Alternative dienen.“

Der nächste Schritt für die Forscher besteht darin, den Einsatz in Lebensmittelverpackungen auszuweiten und weitere Anwendungsmöglichkeiten zu untersuchen.

„Langfristig ist auch die Ein­be­zug von Oleofilmen in biomedizinische An­wen­dungen möglich“, sagte Başyiğit. „In diesem Kon­text könnten sie in An­wen­dungen wie Ar­znei­ab­gabe­syt­emen und Wund­ver­bänden zum Einsatz kommen.“

„Es ist jedoch von entscheidender Bedeutung, Untersuchungen durchzuführen, um die thermischen und mechanischen Eigenschaften von Oleofilmen so zu verbessern, dass sie denen von Folien auf Erdölbasis entsprechen“, schloss er.

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