Global
Medien

Schützende Schichten für Nudeln, Müsli & Co.

Innovative BASF-Materialien bilden sichere Barrieren gegen Mineralöl-Rückstände in Lebensmittelverpackungen

  • Sicher verpackt
    Barrierelösungen schützen verpackte Lebensmittel vor Schadstoffen.
  • Hauchdünn und dauerhaft
    Beschichtungen bieten Schutz bis zum Ende des Haltbarkeitsdatums.
  • Selektive Barriere
    Mineralöl-Rückstände werden abgehalten, Luftsauerstoff und Wasserdampf können passieren.

Bunt gefüllte Regale, so weit das Auge reicht: Dicht an dicht stehen in den Supermarktregalen Verpackungen mit Müsli, Reis, Nudeln und Backmischungen. In den Tiefkühltruhen locken Pizzen, Gemüse und Fischfilets – gut verpackt in farbenfrohen Kartons. Für die Lebensmittelbranche sind die robusten Verpackungen unverzichtbar, denn sie sind leicht, lassen sich raumsparend stapeln und damit auch kostengünstig transportieren. Gleichzeitig schützen sie die Produkte vor Feuchtigkeit, Schmutz und Beschädigungen. Doch die Kartons aus Altpapier können Mineralöl-Rückstände enthalten. Beschichtungslösungen der BASF schützen die Nahrungsmittel vor diesen Substanzen.

Photo: food packaging

Kartonverpackungen für Lebensmittel werden häufig aus recyceltem Altpapier wie Zeitungen hergestellt. Dieses Papier enthält unter anderem Reste von Zeitungsdruckfarben. Sie bestehen aus Mineralölen, die nicht für den Lebensmittelkontakt zugelassen sind. Und genau hier liegt das Problem: Die Mineralöle können im Recyclingprozess nicht vollständig entfernt werden und gelangen so in die Verpackungen. Mineralöle enthalten jedoch Kohlenwasserstoff-Verbindungen, die aus dem Karton auf die Lebensmittel übergehen können. Fachleute sprechen von Migration. Und dazu braucht es nicht einmal einen direkten Kontakt zwischen dem Karton und dem Lebensmittel: Einige Mineralöl-Rückstände verdampfen schon bei Raumtemperatur. Dieses Gasgemisch breitet sich in der Verpackung aus, und die Substanzen können von den Lebensmitteln aufgenommen werden. „Untersuchungen vom Kantonalen Labor in Zürich haben gezeigt, dass bereits nach zwei Monaten rund 30 Prozent aller migrationsfähigen Substanzen in das Lebensmittel übergegangen sind“, erklärt Heiko Diehl. Der BASF-Manager ist im Unternehmensbereich Paper Chemicals für die Betreuung internationaler Markenartikelhersteller verantwortlich. Vor allem Produkte wie Mehl, Reis oder Backmischungen seien betroffen, weil sie die Mineralöl-Bestandteile in größeren Mengen aufnehmen können. „Haben sich die Schadstoffe erst in der Nahrung angereichert, lassen sie sich durch Waschen oder Kochen nicht mehr entfernen oder unschädlich machen“, so Diehl.

Photo: Paper coating
Querschnitt durch die ecovio-Barriere: Die raster­elektronen­mikroskopische Aufnahme zeigt die hauchdünne Beschichtung auf einer Kartonverpackung.

Das Gesundheitsrisiko, das von den Mineralölen in Lebensmittelverpackungen ausgehen kann, beschäftigt nicht nur die Industrie. Auch bei den zuständigen Überwachungsbehörden in der Schweiz sind die Mineralöl-Rückstände in Lebensmitteln und ihre Auswirkungen ein Thema. Bei Kontrolluntersuchungen haben die dortigen Wissenschaftler hohe Rückstände dieser Substanzen in menschlichem Gewebe nachgewiesen. Dr. Konrad Grob vom Kantonalen Labor in Zürich: „Der Verbrauch von Kartons für die Verpackung von Lebensmitteln ist derart hoch, dass die Verwendung von Recyclingmaterial unumgänglich ist. Zwar gibt es bislang noch keine gesetzlich verbindlichen Grenzwerte, sondern nur behördliche Empfehlungen. Diese Werte lassen sich aber bei normalen Recyclingkartons für die meisten Produkte bei längerer Lagerung nicht ohne Barriere einhalten“, sagt Grob.

Die BASF hat bereits verschiedene Barrierelösungen entwickelt, die auf die Innenseite der Kartons aufgebracht werden. Diese hauchdünnen Beschichtungen bestehen aus Polymeren, also Makromolekülen, die aus sich wiederholenden kleineren Molekülen aufgebaut sind. Bereits Barrierebeschichtungen, die nur zehn bis 15 Mikrometer dick sind – zum Vergleich: ein Haar ist bis zu 120 Mikrometer dick –, schützen die Lebensmittel für bis zu drei Jahre vor den Schadstoffen. Dadurch sind Produkte wie Nudeln, die durchschnittlich 15 bis 24 Monate in den Verpackungen verweilen, geschützt. „Die wichtigste Anforderung an die Barrieren ist, dass die sogenannte Durchbruchzeit – also die Dauer, bis eine Barriere undicht werden kann und gesundheitsschädliche Substanzen zum Lebensmittel vordringen können – länger ist als die Haltbarkeit des verpackten Produkts“, erklärt Diehl.

„Unsere Barrierebeschichtungen kann man sich modellhaft wie ein engmaschiges Netz vorstellen, das nur bestimmte Moleküle durchlässt“, so Diehl. Nur sehr kleine Moleküle wie zum Beispiel Wasserdampf können passieren. Größere Moleküle wie Mineralöl-Rückstände können nicht hindurch. Zusätzlich erschwert die polare Natur der BASF-Barrieren den Molekülen die Migration. Aber nicht nur die Barrierewirkung für große Moleküle war eine Herausforderung bei der Entwicklung der verschiedenen Beschichtungslösungen. Dr. Carmen Cimpeanu aus der Material- und Systemforschung der BASF erklärt: „Gleichzeitig muss die Beschichtung auch so flexibel sein, dass beim Falten der Kartons keine Bruchstellen entstehen und die Schutzschicht undicht wird.“

Hat die Beschichtung schließlich ihre Aufgabe erfüllt, und die Lebensmittel sind verspeist, soll sich der Polymerfilm wieder einfach ablösen lassen. Denn beim erneuten Recycling des Kartons darf er nicht stören, sondern muss einfach im Wiederaufbereitungsprozess entfernt werden können. Nur dann lässt sich das recycelte Papier problemlos wieder zu Kartonverpackungen verarbeiten, die die nächste Charge an Nudeln, Müsli und Co. schützen.

„Nachhaltige Verpackungen liegen im Trend“

Interview mit Michael Avemarg, Innovationsmanager Materialien beim führenden europäischen Faltschachtelhersteller Van Genechten in Kempten. Das Unternehmen verarbeitet jährlich etwa 200.000 Tonnen Karton.

Welchen Herausforderungen müssen sich Verpackungshersteller in Zukunft stellen?
Verpackungen müssen heutzutage nicht nur vor mechanischen Belastungen schützen, sondern auch vor Schadstoffen. Labore verfügen über immer genauere Analysemethoden und können unerwünschte Substanzen immer besser feststellen. Es werden neue Grenzwerte festgelegt, die wir als Verpackungshersteller berücksichtigen müssen. Das gilt auch für Mineralöl-Bestandteile in Kartons. Wir rechnen mit strengen Grenzwerten und haben unsere Produktionslinien bereits umgerüstet. Um für den Herstellungsprozess optimale Beschichtungslösungen zu finden, arbeiten wir bereits mit der BASF zusammen, und testen Produkte auf unseren Anlagen. Für die gemeinsam entwickelte WLC Food Safe-Beschichtung, basierend auf dem BASF-Kunststoff Ultramid, haben wir im September den Deutschen Verpackungspreis 2013 gewonnen.

Wie sieht die Verpackung der Zukunft aus?
Der Trend geht vor allem in Richtung nachhaltiger Verpackungen. Der Einsatz nachwachsender Rohstoffe und Recyclingprozesse wird künftig eine große Rolle spielen. Die biobasierte BASF-Beschichtungsvariante ecovio, die wir schon erfolgreich auf unseren Anlagen getestet haben, zielt in diese Richtung. Aber auch Zusatzfunktionen wie zum Beispiel eine höhere Hitzebeständigkeit spielen bei Verpackungen eine zunehmende Rolle. Und bei den Informationen, die auf die Verpackung aufgebracht werden, setzen sich immer mehr die neuen Medien durch: Es gibt verstärkt Links zu Homepages oder interaktive Preisausschreiben, die der Konsument direkt über sein Smartphone nutzen kann. Und über Augmented Reality – die erweiterte Realität – lässt sich die Verpackung mit virtuellen Zusatzinformationen versehen, animieren oder sogar in 3-D zeigen.

Photo: cardboard boxes
Der jährliche Umsatz mit Kartonagen liegt in Europa bei 40 Milliarden €.

Rückstände im Altpapier

Recyclingkartons können Mineralöl-Rückstände bis zu 1.000 Milligramm pro Kilogramm beinhalten. Wie stark darin verpackte Lebensmittel durch den Übergang dieser Substanzen belastet sind, und um welche Stoffe es sich dabei handelt, ist derzeit Gegenstand von Studien. Das Kantonale Labor in Zürich hat bereits 2010 größere Mengen von Mineralölen in Kartons nachgewiesen. Die Versuche zeigten auch, dass sich die Substanzen im Körper anreichern und zu Entzündungen in Leber und Lymphknoten führen können. Neben Recycling-Verpackungen sind auch Kartons aus frischen Holzfasern betroffen, wenn sie in Altpapierkisten gelagert werden: Die Mineralöl-Bestandteile migrieren hindurch und gelangen so ebenfalls ins Lebensmittel.

Verschiedene Barrierelösungen

Allein in Europa gibt es über 1.000 Hersteller von Kartonverpackungen, die je nach Anlagengröße unterschiedliche Produktionsprozesse und Beschichtungsverfahren haben. BASF bietet diesen Kunden verschiedene Beschichtungslösungen. Größere Unternehmen greifen beispielsweise auf Extrusionsverfahren zurück. Dabei wird eine Kunststoffschmelze auf die ungefalteten Kartonagen aufgebracht. Für dieses Verfahren eignet sich das BASF-Material Ultramid®. Es besteht aus dem Kunststoff Polyamid. Kleinere Verpackungshersteller nutzen dagegen Druckverfahren, um Beschichtungen aufzubringen. Sie können mit speziell entwickelten wässrigen Acrylat-Dispersionen eine Schutzschicht auf den Karton drucken. Diese Dispersionen können auch von den Papierherstellern zur Beschichtung benutzt werden. Das Produkt ecovio® PS 1606, ein Polyester-Polymilchsäure-Gemisch, hat den Vorteil, dass es biologisch abbaubar und die Verpackung damit kompostierbar ist. Die Verpackungsproduzenten können es im Extrusionsverfahren auf ihre Kartonagen aufbringen.

Schützende Schichten für Nudeln, Müsli & Co.

Schützende Schichten für Nudeln, Müsli & Co.

Pressefoto

Pressefoto