„Antimikrobiell aktive Verpackungsfolien“

Carolin Hauser, Monika Pischetsrieder, Gottfried Ziegleder

Der Handel und die Verbraucher fordern frische, möglichst wenig verarbeitete, aber gleichzeitig lang haltbare Lebensmittel. Sie stellen immer mehr Anforderungen an die Qualität verpackter Produkte, aber auch an deren Sicherheit und Hygiene. Doch genau diese können durch einfache, sogenannte passive Verpackungsarten, nicht immer vollständig über einen längeren Zeitraum gewährleistet werden.
Neben physikalischen, chemischen und enzymatischen Reaktionen ist der Qualitätsverlust, welcher durch Mikroorganismen verursacht wird, der häufigste. Dies bringt einen großen wirtschaftlichen Schaden mit sich, welcher sich nach Angaben des amerikanischen Gesundheitsministeriums in den USA beispielsweise auf 1 Milliarde US-Dollar jährlich beläuft [1]. Zudem steigt die Zahl der Lebensmittelinfektionen - meist verursacht durch Mikroorganismen oder deren Toxine - und folglich auch die Angst des Verbrauchers davor stets an.

Abbildungen 1a&b: Strukturformeln von
a) Sorbinsäure
b) Benzoesäure

Antimikrobiell aktive Verpackungen können dazu beitragen, das verpackte Lebensmittel gegenüber Infektionen zu schützen und dessen Qualität über einen längeren Zeitraum zu erhalten.
In Japan werden antimikrobiell aktive Verpackungen seit mehr als 20 Jahren eingesetzt, um die Haltbarkeit und die Qualität verpackter Nahrungs- und Genussmittel zu verlängern. Hier ist meist Silber das wirksame Agens, welches man bei uns beispielsweise von antimikrobiell ausgerüsteten Textilien oder Wundverbänden kennt.
Es steht jedoch eine weitaus größere Auswahl an Wirkstoffen mit antimikrobiellen Eigenschaften zur Auswahl. Diese unterscheiden sich vor allem in ihrer Wirksamkeit, ihrer chemischen und physikalischen Stabilität sowie ihren sensorischen Eigenschaften.
So sind neben Silber in Form von Salzen oder Nanopartikeln auch Antibiotika bzw. Antimykotica wie Nisin und Natamycin als aktive Komponenten denkbar. Deren Verwendung ist jedoch wegen möglicher Resistenzbildung der Mikroorganismen und folglich einer berechtigten Skepsis des Verbrauchers wenig sinnvoll.
Enzyme wie Lysozym oder Peroxidase, Naturstoffe wie Meerrettich-Extrakte (z.B. Wasabi), Rosmarin-Extrakte, Pfeffer, Thiosulfinate (aus Zwiebeln oder Knoblauch), Isothiocyanate (aus Senf oder Kohlarten) sowie Chitosan (aus Pilzen, aber auch Krustentieren) sind einige Beispiele für vollkommen natürliche bzw. pflanzliche Inhaltsstoffe. Meist sind diese natürlichen Wirkstoffe jedoch sehr geschmacks- bzw. geruchsintensiv, so dass deren Einsatz nur beschränkt möglich ist.
Weniger sensorisch auffallend sind die Konservierungsstoffe wie Sorbin- (Abb.1a) oder Benzoesäure (Abb.1b). Diese kommen natürlich in Vogelbeeren, Preiselbeeren oder Heidelbeeren (Abb.2a-c) vor, aber sind auch industriell produzierbar. Beide Wirkstoffe sind gesundheitlich unbedenklich und in der EU als Konservierungsstoffe für eine Vielzahl von Lebensmitteln zugelassen [2]. Zudem besitzen sie kaum einen Eigengeschmack und lassen sich gut verarbeiten. Ihr antimikrobielles Wirkungsspektrum erstreckt sich von Schimmelpilzen über Hefen bis hin zu vielen pathogenen und verderbniserregenden Bakterien.

Abbildungen 2a-c:
a) Vogelbeere (Sorbus aucuparia) ©boscolo/pixelio
b) Preiselbeere (Vaccinium vitis-idaea) ©havlena/pixelio
c) Heidelbeere (Vaccinium myrtillus) ©x-ray-andi/pixelio

Am Fraunhofer Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung, IVV, in Freising wurde eine antimikrobiell aktive Folie entwickelt, welche den Wirkstoff Sorbinsäure enthält.
Die Herstellung der Folie basiert auf der Beschichtung einer herkömmlichen Verpackungsfolie mit einem Lack, welcher den antimikrobiellen Wirkstoff enthält (Abb.3) [3]. Diese Lackschicht ermöglicht eine kontrollierte Abgabe der Sorbinsäure an die Oberfläche des verpackten Lebensmittels in sehr geringen Mengen, welche aber ausreichen, um das Wachstum von Mikroorganismen an der Kontaktfläche zwischen Verpackung und Lebensmittel zu unterbinden. Somit wird der primäre Angriffspunkt für Kontaminationen, die Lebensmitteloberfläche optimal geschützt.
Es kann auf die eigentliche Konservierung des Lebensmittels verzichtet und trotzdem dessen Haltbarkeit bei wesentlich geringerem Konservierungsstoffeinsatz verlängert und dessen Sicherheit garantiert werden.
Die Abgabe des Konservierungsstoffes kann durch Migrationsprüfungen mit verschiedenen Lebensmittelsimulanzien und anschließender Quantifizierung mittels HPLC und UV-Detektion ermittelt werden.

Abbildung 3: Folienaufbau mit antimikrobieller Beschichtung

Der Nachweis der antimikrobiellen Wirksamkeit der hergestellten Folien erfolgte mit Hilfe des Japanischen Industrie Standard Test JIS Z 2801:2000. Hier kann durch Verkeimung der Testfolie im Vergleich zu einer unwirksamen Folie die antimikrobielle Wirksamkeit des jeweiligen Materials direkt bestimmt werden.
Die Untersuchungen zeigten, dass die hier entwickelte antimikrobielle Folie Sorbinsäure in geringen Mengen abgibt und gleichzeitig eine wirksame Abtötung lebensmittelrelevanter Mikroorganismen, wie Escherichia coli oder Staphylococcus aureus, erreicht.

Der Einsatz dieser antimikrobiell aktiven Folien ist bei pastösen oder auch festen Produkten vorstellbar, deren Oberfläche direkt mit der Verpackungsfolie in Kontakt kommt. So könnte beispielsweise bei Käse der Einsatz von Natamycin überflüssig werden.

Schlauer Fuchs

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Mit welchem Agens in den Verpackungen schützt man in Japan seit über 20 Jahren Lebensmittel vor Qualitätsverlust durch Mikroorganismen?

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Kontakt

Carolin Hauser
Fraunhofer Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung, IVV
Giggenhauser Straße 35
85354 Freising
Tel.: +49 (0)8161 491-626
Fax: +49 (0)8161 491-666
E-Mail: carolin.hauser@ivv.fraunhofer.de

Literaturhinweise

[1] http://www.cdc.gov/scientific.htm
[2] Richtlinie Nr. 95/2/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 20.
Februar 1995 über andere Lebensmittelzusatzstoffe als Farbstoffe und Süßungsmittel
[3] Hauser, C., Rodler, N.(2009). Antimikrobiell aktive Folien. LVT Lebensmittelindustrie (5-6), 28-30
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Prof. Dr. Monika Pischetsrieder
Henriette Schmidt-Burkhardt Lehrstuhl für Lebensmittelchemie
Department Chemie und Pharmazie
Universität Erlangen-Nürnberg
Schuhstr. 19
90152 Erlangen
Tel.: +49 (0)9131 85-24102
E-Mail: monika.pischetsrieder@lmchemie.uni-erlangen.de
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