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Integration und Funktionalisierung von mit ätherischen Ölen beladenen Halloysite Nanotubes in die Polymermatrix von aktiven Verpackungsmaterialien zur Steigerung der Haltbarkeit von Lebensmitteln

 
: Bolz, Kevin
: Behrendt, Frank; Ganster, Johannes

:
Volltext urn:nbn:de:0011-n-5593062 (3.5 MByte PDF)
MD5 Fingerprint: cbc2e229d6d86d6c555eeb1ddf8f2350
Erstellt am: 1.10.2019


Berlin, 2019, VII, 78 S.
Berlin, TU, Master Thesis, 2019
European Commission EC
H2020; 720815; NanoPack
Deutsch
Master Thesis, Elektronische Publikation
Fraunhofer IAP ()
NanoPack; Lebensmittelverschwendung; ätherisches Öl

Abstract
Nachdem weitreichende Erkenntnisse ermittelt wurden, gilt es nun das Projekt NanoPack auszuwerten. Bereits in der Motivation wurde deutlich, dass alternative Lösungen zur Vermeidung der Lebensmittelverschwendung dringend gefunden werden müssen. Im Rahmen der Forschungsarbeit des NanoPack-Projektes ist der Entwicklungsprozess zur Herstellung aktiver Verpackungsmaterialien ergründet worden. Zur Vorbereitung der Prozessstufe I (Pastenherstellung) wurden die HNTs genauestens charakterisiert und die Unterschiede zwischen den potenziellen Tonmineralien verschiedener Abbauorte genannt. Die Dragonite HP und NaturalNano SM1 Halloysites eignen sich beide als natürlicher Beladungskörper für ätherische Öle. Die wirtschaftliche Verfügbarkeit ist jedoch ein weiterer entscheidender Faktor, welcher bei der Beurteilung zur Verwendung dieser, ein fließt. Auch die Funktionalisierungsmöglichkeiten der Oberflächen wurde akribisch untersucht, um ein effizientes Beladen zu ermöglichen. Das Ätzen durch eine Vorbehandlung mit konzentrierter Schwefelsäure erwies sich als beste Modifikation, da die HNTs aufgrund des vergrößerten Lumenvolumens mehr ätherisches Öl aufnehmen konnten. Die Silanisierung hingegen erhöhte zwar die Hydrophobizität, jedoch konnte keine vorteilhafte Veränderung der Freisetzung ätherischer Öle festgestellt werden. Durch den Projektpartner Technion konnte die Auswahl aus sieben ätherischen Ölen auf Carvacrol, Thymol und Zimtaldehyd beschränkt werden. Im aktuellen Projektfortschritt werden demnach geätzte HNTs mit diesen drei ätherischen Ölen beladen. In der Prozessstufe II (Masterbatchherstellung) wurde durch eine geeignete Konfiguration der der Schnecken mit Knet-, Förder- und Mischelementen eine weitesgehend homogene Kunststoffschmelze hergestellt werden, welche dann dem Folienherstellungsprozess additiv zugeführt werden kann. Untersucht wurde der Verlust an ätherischen Ölen während der Verarbeitung zu den Masterbatches. Diese Verluste variierten zwischen 4,94 % und 22,2 %, sodass ein Großteil der ätherischen Öle erhalten bleibt. Während der Extrusion kam es jedoch zu starken Geruchsentwicklungen, sodass bei einer Herstellung größerer Mengen an Masterbatches ausreichende Abzugsvorrichtungen installiert werden müssen. Ein weiteres Problem bei der Masterbatchherstellung bildete die Dosierung der Pasten, da teilweise ein thixotropes Verhalten beobachtet werden konnte. Mithilfe einer Spezialpumpe konnte die Paste dann kontinuierlich zugeführt werden. Schließlich konnten homogene Masterbatches hergestellt werden, welche dann in Granulatform dem Folienherstellungsprozess beim Partner C ex additiv zugeführt werden. 4.3 Ausblick 69 In der finalen Prozessstufe III wurden die Masterbatches weiter mit LDPE verdünnt und als eigene Schicht in die mehrlagige Folie integriert. Die aktuellen NanoPack- Folien weisen bis zu sieben Schichten auf. Zum einen wird verhindert, dass die HNTs direkt mit den Lebensmitteln in Kontakt treten und zum anderen verzögern weitere Schichten eine zügige Freisetzung der ätherischen Öle. Die genaue Anordnung der Schichten wird in der zu künftigen Projektbearbeitung bekannt gegeben. In den Laboren des Partner Technion wurden die antimikrobiellen Wirkungen aktiver Verpackungsfolien auf lebensmittelverderbende Erreger getestet. Durch die Kombination der Oele Carvacrol und Thymol konnte die hemmende Wirkung auf relevante Lebensmittelerreger erfolgreich beobachtet werden. Der VA-Anteil nahm hierbei einen entscheidenden Einfluss ein, da dieser direkt auf die Freisetzung einwirkt. Ein zu hoher Anteil bewirkte jedoch, dass die hemmende Wirkung reduziert wird. Aufgrund zahlreich untersuchter Kombinationen empfiehlt sich die Oelkombination Carvacrol und Thymol im Verhältnis 2 : 1 mit einem Masseanteil von 2,1 % in der Gesamtfolie und ein VA-Anteil von 0,8 %. Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die Verfahrenstechnik zur Herstellung dieser aktiven Folien erfolgreich ergruendet und etabliert wurde.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-559306.html