Lebensmittelverpackungen der Zukunft zwischen Ökologie und Ökonomie

Innovationen im Bereich der Verpackungstechnologie stehen im Zentrum des Interesses, um die Lebensmittelverschwendung zu reduzieren und gleichzeitig die Nachhaltigkeit zu fördern. Die Auswahl des optimalen Verpackungsmaterials ist allerdings ein komplexer Prozess, bei dem für jedes Lebensmittel individuell entschieden werden muss, welches Material am besten geeignet ist.

«Die ‹besten› Verpackungen sind jene, die wenig Verpackungsmaterial benötigen aber die optimale Haltbarkeit gewährleisten», erklärt Andreas Zopfi, Geschäftsführer des Schweizerischen Verpackungsinstituts SVI. Er weist dabei auf die zunehmende Bedeutung von nachhaltigen Alternativen hin, da die traditionellen Kunststoffressourcen begrenzt sind: «Der Primärrohstoff von Kunststoffen aus Erdöl ist endlich – das heisst, es braucht zukünftig nachwachsbare Alternativen.»

Ökologische Wende in der Lebensmittelverpackung

Und tatsächlich lässt sich auf dem Markt für Lebensmittelverpackungen ein deutlicher Trend hin zu ökologisch nachhaltigen Optionen beobachten. Angesichts dieser wachsenden Nachfrage erforscht die Lebensmittelindustrie aktiv umweltfreundlichere Alternativen zu herkömmlichen Verpackungsmaterialien.

Sogenannte Bioplastics stünden dabei hoch im Kurs, erklärt Andreas Zopfi. «Bis dato bieten sie aber noch nicht die gleich guten Barrierewirkung wie die bekannten herkömmlichen Kunststoffe – das wird sich durch die Forschung aber mittelfristig ändern», ergänzt er.

Der SVI-Geschäftsführer warnt jedoch davor, wertvolle Agrarflächen für die Produktion solcher Materialien zu opfern. Stattdessen plädiert er für die Gewinnung biologischer Kunststoffe aus Lebensmittelproduktionsabfällen, auch wenn diese derzeit noch viel kostenintensiver als erdölbasierte Alternativen sind. «Da sind wir wieder im Zielkonflikt von Ökologie und Ökonomie», merkt Andreas Zopfi an.

So widmet sich unter anderem das Institut für Lebensmittel- und Getränkeinnovation (ILGI) der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW) der Entwicklung von Verpackungen aus nachwachsenden Rohstoffen, die in der Schweiz als Nebenprodukte der Agrar- und Lebensmittelbranche anfallen.

Nachhaltigkeit trifft Innovation

Bei der Suche nach der Verpackung der Zukunft darf jedoch die wichtige Rolle von Verpackungen für die Haltbarkeit und Sicherheit von Lebensmitteln nicht vernachlässigt werden: «Ohne Verpackung verderben grosse Mengen an Lebensmitteln, was die Umwelt deutlich mehr belastet als die Verpackungen selbst», so Selçuk Yildirim, ZHAW-Professor und Leiter Zentrum Lebensmittelherstellung und -verpackung, im Hochschulmagazin der ZHAW. Trotzdem besteht durch die Entwicklung von Bioverpackungen, die aus erneuerbaren und biologisch abbaubaren Materialien gefertigt werden, die Möglichkeit, herkömmliche Verpackungsmaterialien zu ersetzen.

Trotz des Potentials von Bioverpackungen weist aber auch Selçuk Yildirim darauf hin, dass die derzeit verfügbaren Biokunststoffe oft noch nicht den Anforderungen für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie entsprechen. Das BIOMAT-Projekt, unter seiner Leitung, zielt darauf ab, diesen Herausforderungen zu begegnen.

Ein Schlüsselaspekt des Projekts ist die Transformation von Nebenprodukten aus der Agrar- und Lebensmittelindustrie in nachhaltige Biokunststoffe und Bioverpackungen. Diese Nebenprodukte, wie Kartoffelschalen und Kaffeesatz, stellen keine Konkurrenz zu Lebensmitteln dar und werden als wertvolle Ressourcen für die Produktion von Biomaterialien angesehen.

Darüber hinaus wird im Rahmen des BIOMAT-Projekts die Anwendung grüner Technologien erforscht, beispielsweise die Nutzung von Mikroalgen zur Herstellung von Biomaterialien. «Wir wollen ein Verpackungsmaterial für Lebensmittel entwickeln, das sicher einsetzbar ist, aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt wird und ebenso bezahlbar ist», erklärt Selçuk Yildirim im Hochschulmagazin der ZHAW.

Von der Natur inspiriert

Unter dem Motto «Rüebli schützt Gurke» wird auch bei der Empa, dem interdisziplinären Forschungsinstitut des ETH-Bereichs für Materialwissenschaften und Technologie, seit einigen Jahren an einer natürlichen Lebensmittelverpackung aus pflanzlichen Reststoffen geforscht. Sie soll Plastikfolie als weitverbreitetes und die Umwelt in hohem Masse belastendes Verpackungsmaterial ersetzen.

«Rüebli schützt Gurke» heisst es darum, weil die Suche nach einer Alternative und die damit verbundene Forschungsarbeit mit Reststoffen vom Rüebli begann. Diese Reststoffe fallen bei der marktkonformen Verarbeitung der Gemüsepflanze an. Und die Gurke ist ins Spiel gekommen, weil diese wegen der Frischhaltung massenhaft in umweltschädliche Plastikfolie eingepackt wird.

«Das Auftragen einer Beschichtung bei Früchten und Gemüse, die auf der Basis pflanzlicher Reststoffe hergestellt wird, kann die Frische und Feuchtigkeit einer Gurke auch erhalten, aber nicht so gut wie eine Plastikfolie», sagt Dr. Gustav Nyström, Head of Laboratory for Cellulose & Wood Materials. Er leitet bei der Empa in Dübendorf die Forschung am alternativen Verpackungsmaterial für Lebensmittel.

Durch das Ethylen im Plastikmaterial habe die Folie in punkto Frischhaltung zwar die bessere Performanz, sagt der Wissenschafter, jedoch könne die alternative Verpackung, die auf pflanzlichen Reststoffen basiere, die Haltbarkeit einer Gurke um mehr als zwei Wochen verlängern. «Das ist die grosse Chance», betont Gustav Nyström und ergänzt: «Food Waste und Verpackungsabfall wird dadurch vermieden und das behandelte Lebensmittelprodukt kann zudem länger gelagert werden.»

Und es gibt weitere pflanzlichen Reststoffe, die sich ebenfalls zum Recycling eignen, um Plastikfolie und anderes Material als Lebensmittelverpackung zu ersetzen: «Eine Hauptkomponente der natürlichen Schutzfolie ist die Zellulose – sie kommt in verschieden Mengen und Qualitäten in allen Pflanzen vor und ist ein nachwachsender Rohstoff», sagt Gustav Nyström. «Neben den Rüebli haben wir auch Apfelschale und Broccoli in unsere Forschungsarbeit einbezogen, aber natürlich eignen sich auch andere Nutzpflanzen bei der Herstellung einer natürlichen Schutzfolie für die Verpackung von Lebensmitteln», ergänzt er.

Rüebli-Trester als Ausgangsmaterial

Beim Verfahren «Rüebli schützt Gurke» wird der Saft aus dem Rüebli herausgepresst und der zurückbleibende Trester ausgewaschen und ausgebleicht. Danach wird der Trester im Wasser in mehreren Stufen mechanisch behandelt und gemahlen. Die Zellulosefasern des Rüeblis werden dadurch immer feiner und am Ende entsteht eine Lösung aus Zellulose und Wasser.

Früchte und Gemüse werden dann in das Bad mit der Lösung gelegt oder direkt mit der Lösung besprüht. «Wir konzentrieren uns jetzt in der Forschung auf das Aufsprühen», sagt Gustav Nyström und ergänzt: «Die dünne, unsichtbare Schutzschicht ist abwaschbar oder kann auch gegessen werden, weil sie einzig aus ungiftigen Ballaststoffen besteht.»

Die neuartige Verpackung auf der Basis pflanzlicher Reststoffe erfordere sowohl beim Lebensmittelproduzenten aber auch beim Handel höhere Flexibilität, sagt Gustav Nyström. Schon bei den Produzenten sollten die Produkte alternativ verpackt werden. Das ermögliche beim Handel grössere oder variablere Zeitfenster für die Lagerung, weil die Haltbarkeit der Produkte länger würde.

Laut Gustav Nyström sind die Laborergebnisse aus den bisherigen Forschungen gut. Jetzt muss nur noch die industrielle Herstellung dieser neuartigen Verpackung auf der Basis pflanzlicher Reststoffe in Gang gebracht werden. Das kann die Lebensmittelverpackung revolutionieren. Die Empa hat das Ergebnis ihrer Arbeit bereits weltweit patentieren lassen. Gustav Nyström rechnet damit, dass in den nächsten fünf Jahren die natürliche Alternative zur Plastikfolie und zu anderen Verpackungsarten in den Handel kommt.

Nachhaltigkeit vs. Praktikabilität

Obwohl Bioverpackungen, die aus nachwachsenden und biologisch abbaubaren Materialien gefertigt werden, eine ökologisch verantwortungsvolle Alternative darstellen, stossen sie aber nebst den technologischen Anforderungen für den Einsatz als Primärverpackungen in der Lebensmittelindustrie auch bei der Implementierung noch auf Herausforderungen.

So erfordere eine erfolgreiche Einführung von innovativen und nachhaltigen Verpackungslösungen ein tiefergehendes Verständnis der gesamten Wertschöpfungskette und könne beispielsweise nicht allein durch Verbraucherwünsche gesteuert werden, betont der SVI-Geschäftsführer Andreas Zopfi. So werde der Einfluss von Konsumentinnen und Konsumenten auf die Einführung umweltfreundlicher Verpackungen oft überschätzt: «Ihnen fehlt häufig das notwendige wissenschaftliche Verständnis und die Kenntnis über effektive Lösungen», erklärt er.

Ein zentrales Problem sieht Andreas Zopfi in der Neigung, neue Materialien ohne eine breitere Berücksichtigung aller Faktoren zu favorisieren. «Dass die Verarbeitung von solchen Materialien wie beispielsweise Hanfpapier zu hohen Investitionen führt, wird oft vergessen», merkt er an und argumentiert, dass eine umfassende ökologische Bewertung von Verpackungslösungen über den gesamten Lebenszyklus einer Verpackung hinweg – von der Produktion bis zur Entsorgung – erfolgen müsse, um wirklich nachhaltig zu sein.

Der Geschäftsführer des SVI macht deutlich, dass bei der Entwicklung nachhaltiger Verpackungslösungen nicht allein idealistische Ansätze verfolgt werden sollten. «Nicht alles, was auf den ersten Augenschein als Heilsbringer scheint, ist in der gesamtheitlichen Betrachtung ökologisch sinnvoll», betont Andreas Zopfi und unterstreicht die Notwendigkeit einer gesamtheitlichen Life-Cycle-Analyse. Er sieht zudem grossen Bedarf an Aufklärungsarbeit, da Konsumentinnen und Konsumenten in der Regel nur das wahrnehmen, was ihnen angeboten wird und durch Marketingstrategien hervorgehoben wird.

Um die Lücke bei der Implementierung zu schliessen, ist auch die Forschung auf eine Zusammenarbeit entlang der gesamten Wertschöpfungskette angewiesen und setzt auf die kontinuierliche Entwicklung und Optimierung von Anwendungen und Verarbeitungsprozessen für Bioverpackungen, indem es eng mit der Lebensmittel- und Verpackungsindustrie zusammenarbeitet. Ziel ist es, Verpackungslösungen zu schaffen, die sowohl umweltfreundlich als auch technisch geeignet sind.