Wetenschappelijk verpakt: Zoektocht naar nieuwe barrièrematerialen

Het wordt als zeer wenselijk gezien als uitsluitend stoffen van biologische oorsprong toegepast worden, omdat dan het hele materiaal biobased en hernieuwbaar kan zijn, en wellicht biologisch afbreekbaar. Er is veel onderzoek te vinden naar  het ontwikkelen van nieuwe barrières. Er zijn verschillende bronnen die hiervoor gebruikt worden, zoals de polysacchariden met coatings van zetmeel, chitosan, lignocellulose-houdende componenten en alginaten. Een andere bron bestaat uit eiwitten waarvan coatings van caseïne, wei, pectine en zeïne gemaakt zijn. Daarnaast worden bioplastics toegepast, zoals PLA, polyvinylalcohol (PVOH) en de polyhydroxyalkanoaten (PHA’s).

Eiwitgebaseerde coatings

Onderzoekers uit Kerala, India van een Agro en Food nationaal onderzoeksinstituut (CSIR-NIIST) hebben verder onderzoek  gedaan naar het toepassen van eiwitgebaseerde coatings. Naast dat dergelijke coatings volgens de auteurs een grote potentie hebben, commercieel grootschalig ingezet kunnen worden, kunnen ze ook dienen als drager voor antioxidanten en antimicrobiële middelen. De onderzoekers hebben zich gefocust op  eiwitgebaseerde coatings afkomstig van natriumcaseïnaat en wei. Ze zijn behoorlijk experimenteel aan de slag gegaan. Met verse lotusplanten, micellaire caseïne en wei-proteïne-poeders van eetbare kwaliteit, ananasbladeren voor de productie van microcellulose; vermalen eierschalen; magere melk voor het maken van caseïnemicrodeeltjes; rijstzetmelen, rijstvezels en tarwebloem, voor het maken van biologisch afbreekbare vellen.
Als eiwitbronnen hebben de onderzoekers gekozen voor natriumcaseïnaat vanwege de opmerkelijke filmvormings- en coatingseigenschappen. Dit zagen ze als een aantrekkelijke optie voor het maken van zowel biologisch afbreekbare films als coatings. Natriumcaseïnaat staat ook bekend als materiaal met een goede zuurstof- en geurbarrière. Dit wordt verklaard door de interactie tussen de moleculen, zoals waterstofbruggen, die de hechting tussen moleculen verbeteren en de filmvorming bevorderen. Wei-eiwit is gekozen als tweede optie. Het is een bijproduct van kaasproductie en staat bekend om zijn uitzonderlijke vermogen om als barrière tegen zuurstof, aroma’s en vetten te dienen. Het wordt als een haalbare optie gezien als coatingmateriaal om de zuurstofbarrière-functies van verpakkingen voor te verbeteren. Beide opties zijn voorzien van microdeeltjes uit de andere  bronnen.

Tekst gaat verder onder de foto.

De onderzoekers hebben zich gefocust op eiwitgebaseerde coatings.

Kraftpapier

De biologisch afbreekbare vellen en kraftpapier van 150 gsm zijn gebruikt om te voorzien van de twee op eiwit gebaseerde coatings. In totaal zijn zes materialen naast elkaar getest. De vellen en papier zonder coating, met natriumcaseïnaat en met wei-eiwit coating. De zes materialen zijn uitgebreid  getest op allerlei eigenschappen, zoals waterafstotendheid, olie-absorptie, sterkte, ontvlambaarheid, gedrag onder hogere temperaturen en biologische afbreekbaarheid door ze in de grond te stoppen. Met een lichtmicroscoop zijn opnames gemaakt om het oppervlak te kunnen bestuderen.
De resultaten laten verbeteringen zien in de treksterkte,  hydrofobiciteit en de weerstand tegen water- en olieopname. Van de verschillende combinaties boden natriumcaseïnaat met 1,5% microcellulose en wei-eiwit met 1,5% caseïne-microdeeltjes de beste balans van functionele prestaties. Andere gunstige resultaten waren betere thermische  eigenschappen en een verbeterde warmtebestendigheid vergeleken met ongecoate vergelijkingsmaterialen. De betere bestendigheid tegen warmte wordt gezien als van belang voor het toepassen van de materialen voor levensmiddelen. De gecoate materialen braken net zo snel af als de ongecoate materialen. Als de materialen in contact worden gebracht met levensmiddelen dan behouden ze hun sterkte en waterafstotende eigenschappen. De vetwerendheid en vochtbestendigheid bleek ook goed te zijn. De onderzoekers zien de coatings daarom als goed alternatief voor plastic coatings, geschikt als toepassing voor primaire verpakkingen voor droge levensmiddelen, voor secundaire verpakkingen, wegwerpborden en als milieuvriendelijke coating- of laminaatlagen voor papiergebaseerde verpakkingsmaterialen.
De barrières tegen gassen die juist van groot belang zijn en die de reden waren om de twee eiwit-gebaseerde materialen te kiezen zijn niet verder onderzocht. Wel geven de onderzoekers aan dat toekomstig werk zich zou moeten richten op het  opschalen van het proces, het testen van duurzaamheid onder langdurige opslagomstandigheden en het beoordelen van de kwaliteit van conservering van levensmiddelen.

Tekst gaat verder onder de foto.

Eiwitgebaseerde coatings afkomstig van onder meer verse lotusplanten worden onderzocht.

Zoektocht

Het onderzoek toont een zoektocht aan waarvan er vele te vinden zijn. Veel natuurlijke bronnen worden ingezet voor het maken van nieuwe materialen en coatings. Het laat tevens zien dat het niet eenvoudig is een nieuw materiaal te ontwikkelen vanuit natuurlijke bronnen met dezelfde eigenschappen als de huidige materialen. Wat daarbij een rol speelt is dat huidige producten zich ontwikkeld hebben op basis van de eigenschappen van de gebruikte materialen, en dit werkt over de hele keten heen. Hoe het product verwerkt en verpakt wordt, wat de houdbaarheid is en hoe het afgedankt wordt. Het ontwikkelen van een nieuw materiaal vraagt daarom om een hele brede aanpak. Het begint met experimenten zoals dit onderzoek toont, en daarom van belang om kennis van te nemen.