17.02.2022 - Oregon State University

Forscher des Bundesstaates Oregon erzielen wichtige Fortschritte bei der Umwandlung von Apfelabfällen in Verpackungsmaterial

Eine neue Studie von Wissenschaftlern der Oregon State University beschreibt einen wichtigen Fortschritt bei der Umwandlung von Apfelabfällen in ein umweltfreundliches Verpackungsmaterial, das als Alternative zu Plastik dienen könnte.

Recyceltes Zeitungspapier ist traditionell der Hauptbestandteil so genannter geformter Zellstoffverpackungen, die immer beliebter werden, weil sie kompostierbar sind. Doch das Angebot an recyceltem Zeitungspapier geht zurück, so dass ein Markt für Ersatzmaterialien entsteht.

Yanyun Zhao, Professorin an der Oregon State University und Leiterin eines Forschungsteams, das sich mit der nachhaltigen Verpackung und Verarbeitung von Lebensmitteln befasst, hat Apfeltrester und andere Nebenprodukte aus der Verarbeitung von Obst- und Gemüsesäften und der Weinherstellung als Alternative für recyceltes Zeitungspapier bei der Herstellung von geformten Zellstoffprodukten untersucht. Für diese Forschung hat sie ein Patent erhalten.

"Derzeit wird Apfeltrester in der Regel nur kompostiert oder als Tierfutter verwendet", so Zhao, deren Forschung darauf abzielt, Lebensmittelverluste und -abfälle in der gesamten Lebensmittelversorgungskette zu verringern. "Wir dachten uns, warum nicht ein umweltfreundliches Produkt daraus machen, das einem Bedürfnis der Industrie entspricht".

Zhao stellt sich vor, dass Apfeltrester der Hauptbestandteil von geformten Zellstoffverpackungsprodukten wie Behältern zum Mitnehmen, Blumentöpfen, Getränkekartons und -flaschen sowie Schalenverpackungen für Obst und Gemüse sein könnte.

Sie konzentriert sich auf Apfeltrester, unter anderem, weil er im pazifischen Nordwesten leicht verfügbar ist. Bei der Verarbeitung von Äpfeln zu Saft gehen etwa 70-75 % des Apfels in den Saft, während die restlichen 25-30 % als Trester übrig bleiben.

Eines der Hauptprobleme bei der Herstellung von Verpackungen aus Apfeltrester und Papier ist die Verbesserung der Wasserbeständigkeit, so dass sie hoher Feuchtigkeit, flüssigen Lebensmitteln oder Non-Food-Produkten und Produkten, die unter hoher Luftfeuchtigkeit gelagert werden, standhalten können.

In einer soeben in der Zeitschrift Food and Bioproducts Processing veröffentlichten Arbeit suchte das Team nach umweltfreundlichen, biobasierten, kompostierbaren und kostengünstigen Lösungen zur Verbesserung der Hydrophobie bzw. Wasserbeständigkeit von Apfeltresterprodukten aus geformtem Zellstoff.

Dabei kamen zwei Strategien zum Einsatz: die Aufnahme von Polymeren und Verbindungen mit Eigenschaften zur Verbesserung der Wasserbeständigkeit in die Zellstoffformulierung und die Anwendung superhydrophober Beschichtungen auf der Produktoberfläche. Zu den untersuchten Polymeren und Verbindungen gehören Lignin, Chitosan und Glycerin.

Lignin ist ein Polymer, das in den Stützgeweben der meisten Pflanzen wichtige Strukturmaterialien bildet. In dieser Studie wurde Rhabarbertrester verwendet, der besonders reich an Lignin ist.

Chitosan ist ein biobasiertes Polymer, das häufig in der Papierindustrie verwendet wird. Eine frühere Studie von Zhaos Team ergab, dass Chitosan die Wasseraufnahme von Zellulose-Nanofaser-Filmen (CNF) durch Adsorption von Chitosan an CNF-Fasern über Wasserstoffbrückenbindungen erheblich reduziert.

Glycerin schließlich ist eine organische Verbindung, die häufig einem Material zugesetzt wird, um es weicher und flexibler zu machen. Frühere Studien hatten gezeigt, dass Glycerin bei geringen Mengen die Wasseraufnahme verringert.

Die Forscher ermittelten die optimalen Mengen dieser Polymere und Verbindungen und fügten außerdem eine kleine Menge an Pappfasern hinzu, um die Stabilität der geformten Zellstoffverpackungen zu gewährleisten.

Das Team von Zhao beschäftigt sich seit langem mit der Untersuchung von Lebensmittelbeschichtungen als Barriere für Wasser und Gase. Das Team hatte zuvor eine zweistufige Zubereitung einer superhydrophoben Beschichtung entwickelt, die hitze-, kälte- und wasserbeständig ist. Um die Wasserbeständigkeit zu erhöhen, brachten sie eine vereinfachte, einstufige Beschichtung auf die Oberfläche des Produkts auf Apfeltresterbasis auf.

Sie kamen zu dem Schluss, dass die Studie die Machbarkeit der Verwendung von Apfeltrester als neue Faserquelle für die Herstellung von geformten Zellstoffverpackungen und wirksame Ansätze zur Verbesserung der Wasserbeständigkeit dieser Verpackungsmaterialien aufzeigt.

Mitautoren der Studie sind Clara Lang, Jooyeoun Jung und Taoran Wang, die alle ehemalige oder derzeitige Mitglieder des Teams für nachhaltige Lebensmittelverpackungen und -verarbeitung in der Abteilung für Lebensmittelwissenschaft und -technologie am College of Agricultural Sciences des Bundesstaates Oregon sind.

Die Forschung wurde durch das Specialty Crop Block Grant Program des Landwirtschaftsministeriums von Oregon unterstützt. Die Unternehmen Kerr Concentrates, Inc. aus Salem und Hood River Juice Company aus Hood River stellten für die Untersuchung Fruchttrester zur Verfügung.

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