Hochdrucktechnologie

Die innovative Technologie der Ultrahochdruckbehandlung (UHP) von Lebensmitteln erfordert geeignete Verpackungen. Die Entwicklung hochdrucktauglicher Verpackungssysteme unter den Gesichtspunkten der Permeations- und Migrationseigenschaften (vor, während und nach der UHP) und der mechanischen Stabilität stehen im Vordergrund.

Aktuell werden dazu mit Hilfe der Raman-Spektroskopie und der Rasterkraftmikroskopie die Polymerstruktur (u.a. Kristallinität, Dichte) und die Materialeigenschaften  der behandelten Proben auf molekularer Ebene untersucht.

Motivation

Die Hochdruckbehandlung von Lebensmitteln ist ein innovatives physikalisches Verfahren, bei dem hydrostatische Drücke von 100 bis 800 MPa eingesetzt werden.  Diese ermöglichen eine Inaktivierung vegetativer Mikroorganismen, Enzyme und Viren sowie in Kombination mit erhöhten Prozess­temperaturen auch eine Inaktivierung von Sporen. Hingegen bleiben der ernährungsphysiologische Wert und andere wesentliche Produkteigenschaften weitestgehend erhalten.

Um eine Kontamination des Produktes durch das Druckübertragungsmedium zu vermeiden und die Handhabung zu vereinfachen wird das Lebensmittel in der produkttypischen Endverpackung (z.B. Kunststofftrays oder –Flaschen) hochdruckbehandelt. Dabei muss die Verpackung verschiedenen Ansprüchen gerecht werden und darf weder in seinen Eigenschaften noch in seinem Erscheinungsbild negativ verändert werden.

Forschungsziel

Teilziel 1: Ermittlung von Schädigungsmechanismen und von entsprechenden Gegenmaßnahmen

Hier sollen Schädigungsmechanismen identifiziert werden in Abhängigkeit von

  • Prozessführung (Maximaldruck, Druckaufbaugeschwindigkeit, Temperatur etc.),
  • verschiedenen Polymerstrukturen,
  • Kopfraumatmosphäre (modified atmosphere packaging).

Gegenmaßnahmen werden ermittelt, die sowohl in der Auswahl der Materialkombinationen, in der Prozessführung als auch in der vorhandenen Schutzgaszusammensetzung liegen.

Abbildung 1: Mikrotomschnitt einer hochdruck-induzierten Schädigung in einer coextrudierten PE-Folie

Teilziel 2: Bestimmung der Wechselwirkungen von Packgut und Verpackung.

Es werden Erkenntnisse über die Stabilität und Funktionalität verschiedener Typen von hochdruckbehandelten Packungen in Abhängigkeit von Packguteigenschaften (wie Feuchtegehalt, Kompressibilität, Homogenität oder Polarität) und über die Einhaltung lebensmittelrechtlicher Vorschriften wie Migrationslimits gewonnen.

Teilziel 3: Entwicklung eines hochdrucktauglichen Verpackungssystems.

Ausgehend von den gewonnenen Erkenntnissen sollen produktadaptierte hochdruckstabile Verpackungskonzepte entwickelt und in Scale-up-Versuchen auf ihre Übertragbarkeit auf verschiedene Lebensmittel untersucht werden.

Vorgehen

Abbildung 2: Raman-spektroskopische Aufnahme von Fehlstellen in Polyethylen (oben) und Vergleich zweier Raman-Spektren von Polyethylen mit verschiedenen Dichten (PE-HD und PE-LD)

Mit Hilfe der Raman-Spektroskopie und der Rasterkraftmikroskopie (AFM) sollen Veränderungen der Polymere auf molekularer Ebene untersucht werden. Zusätzlich werden gängige Analysemethoden eingesetzt um das Verhalten der Verpackungsmaterialien zu charakterisieren.

Ansprechpartner

Julia Sterr


Programm zur Förderung von Innovationen zur Verbesserung der Sicherheit und Qualität von Lebensmitteln des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) durch die Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE) als Projektträger.

Finanzierung BLE - Förderkennzeichen PGI-0313849A