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Lebensmitteltechnologie (Subject) / 11. Verpackung von LM (Lesson)

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• Verpackung Gesamtheit an Komponenten, die vorhersehbar dazu dienen, ein bestimmtes Erzeugnis (Füllgut) gezielt und lösbar zu umhüllen Lösbare, vollständige oder teilweise Umhüllung eines Gutes (Packgutes), um dieses zu schützen oder andere Funktionen zu erfüllen Einheit aus Packmittel und Packhilfsmittel, die aus verschiedenen Packstoffen bestehen
• Packstoff Werkstoff, aus dem das Packmittel besteht (Glas, Kunststoff, Papier etc.)
• Verpackungsprozess Verpackungsvorgang
• Verpackungssystem Packgut, Verpackung und Verpackungsprozess
• Glas Glas: durch Unterkühlung einer Schmelze erhaltene amorphe Festkörper Herstellung aus Quarzsand, Kalkstein (CaCO3), Soda (Na2CO3), Scherben (Altglas, Bruchglas) und weiteren Zusätzen (Entfärber, Färber etc.) Notwendigkeit der Trennung nach Farben im Altglasbehälter! Vorteile Absolute Undurchlässigkeit für alle Stoffe Wechselwirkungen mit Lebensmitteln und anderen Füllgütern praktisch vernachlässigbar Lichtschutz durch Braun-färbung erzielbar Nachteile Zerbrechlichkeit Sprödigkeit (keine flexible Verpackung möglich) Hohes Gewicht
• Weißblech Dünn ausgewalztes Stahlblech, dessen Oberfläche zum Schutz vor Korrosion mit einer Zinnauflage veredelt wird Elektrolytische Verzinnung Schutzlacke zur Vermeidung von Wechselwirkungen mit dem Packgut Vorteile Stoff- und Lichtundurchlässigkeit hohe Temperaturbeständigkeit (Sterilisieren in der Packung!)
• Aluminium Gewinnung aus Bauxit Al: Unbeständig gegen Sauerstoff  > Oberfläche aus Al2O3, das das Metall gegen weitere Korrosion schützt Korrosion möglich durch Wasser, wenn Gase oder Salzspuren darin gelöst sind, sowie durch aggressive Gase, Dämpfe und Flüssigkeiten Vorteile Absolute Stoff- und Lichtundurchlässigkeit Vielfalt der Anwendungsmöglichkeiten Nachteile Hohe Energiekosten bei Herstellung
• Nichtrostende Stähle (Edelstahl) Weit verbreitet im Lebensmittelkontakt Koch- und Tafelgeschirr, Besteck, Haushaltsgeräte (Wasser-kocher), Geschirrspülen, Spüler Stahl = Legierung von Eisen und Kohlenstoff Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit durch Zusatz weiterer Elemente
• Papier Papier: blattartiger, überwiegend aus Pflanzenfasern und Füllstoffen bestehender Werkstoff, dessen Flächengewicht zwischen 10 und 200 g/m2 liegt Herstellung aus Holz durch Behandlung mit diversen Chemikalien Qualitätsverbessernde Zusätze Beschichtung mit Kunststoffen, Wachsen oder Latex Einsatz für die Verpackung trockener Lebensmittel Vorteile geringe Kosten geringes Gewicht leichte Bedruckbarkeit mechanische Festigkeit Nachteile Hohe Durchlässigkeit für Gase und organische Verbindungen
• Einteilung Kunststoffe Thermoplaste Lineare oder verzweigte Moleküle liegen hauptsächlich nebeneinander bzw. ineinander verknäuelt vor. Sie erweichen bei Erwärmung und können verformt werden. Nach Abkühlung erhärtet der Kunststoff zu der neu gegebenen Form   Duroplaste Aus Makromolekülen aufgebaut, die engmaschig verknüpft sind. Aufgrund der festen Bindungen können die Moleküle beim Erwärmen nicht aneinander vorbeigleiten, d.h. sie sind nicht mehr warm umformbar   Elastomere Weitmaschige Vernetzung der Makromoleküle
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• Herstellung der Kunststoffe Polymerisation Radikalisch Ionisch a) anionisch durch Basen, b) kationisch durch starke Protonensäuren Polykondensation Polyaddition
• Additive Antioxidantien Lichtschutzmittel Gleitmittel Antistatika Weichmacher Füllstoffe Antimikrobielle Stoffe Farbmittel
• Kautschuk und Elastomere alle plastischen oder kautschukelastischen, makromolekularen Stoffe, die sich infolge einer weitmaschigen Vernetzbarkeit sowie weiterer spezieller Eigenschaften in einen gummielastischen Zustand überführen lassen Dienkautschuke: Doppelbindungen in der Hauptkette Methylenkautschuke: enthalten gesättigte Strukturen Eigenschaften von Kautschuk Erweichung und Klebrigwerden in der Wärme Verhärtung und Brüchigkeit in der Kälte > Vulkanisieren erforderlich Überführung von plastischen, kautschukartigen Polymeren in den gummielastischen Zustand infolge einer weitmaschigen Vernetzung, in der Regel durch bifunktionelle Agenzien > „Gummi“Höhere Reißfestigkeit und Beständigkeit  
• Migration Wechselwirkung zwischen Füllgut und Verpackungsmaterial Stoffübergänge aus dem Produkt in die Verpackung Stoffübergänge aus dem Packstoff in das Produkt > Geschmackliche Veränderung Abhängig von Kontaktzeit Temperatur Art des Kontaktmediums Verhältnis zwischen Kontaktfläche und Volumen an Kontaktmedium  
• Globalmigration Gesamte Stoffmenge, die aus einem Bedarfsgegenstand während seiner Kontaktzeit mit dem Lebensmittel in dieses übergeht
• Spezifische Migration Stoffmenge einer bestimmten Substanz/Substanzgruppe, die auf das Lebensmittel übergeht
• Permeation Gasübergang von außen durch die Wandung der Verpackung ins Innere oder vom Innern der Packung nach außen in die Umgebung Gasverlust eines Getränks Unerwünschte Reaktion des Produkts mit dem ins Innere gelangten Gas
• Allgemeine Anforderungen an Verschlüsse Dichtigkeit, auch gegen inneren Überdruck Technisch einfache Verarbeitbarkeit ggf. Pasteurisierbarkeit oder Sterilisierbarkeit Minimale Wechselwirkungen mit dem Produkt Leichtes Öffnen, anschließende dichte Wiederverschließbarkeit Fälschungssicherer Garantieverschluss ggf. besondere Eigenschaften, z.B. Kindersicherung Marketinggerechte Gestaltungsmöglichkeiten Wirtschaftlichkeit Recyclierbarkeit
• Kronenkorken Ring-Pull-Verschlüsse und Twist-Off-Kronenkorken Herstellung durch Ausstanzen von 0,235 mm dickem, elektro-lytisch verzinntem Weißblech Lackierung außen und innen, ggf. Außenbedruckung Dichtungscompound aus geschäumtem PVC oder PVC-freien Massen Dichtigkeitsanforderungen über Auswahl der geeigneten Compoundmasse Empfindlichkeit des Feingewindes am Flaschenmundstück > nur im Einwegbetrieb realisierbar
• Anrollverschlüsse Für Mineralwasser- und Limonadeflaschen Äußerlich erkennbare Qualitätsgarantie, dass Verschluss nach maschinellem Verschließvorgang nicht mehr geöffnet wurde Fälschungssicherheit durch Sprengring oder Halsetikett, das Flaschenhals mit Verschluss verbindet
• Kunststoff-Schraubverschlüsse Mehrweg-Glasflaschen üblicherweise mit PE-Verschlüssen, Mehrweg-PET-Flaschen mit PP-Verschlüssen Eingängig bis dreigängig Einteilige oder zweiteilige Verschlüsse
• Stopfen „Innenabdichtende Flaschenverschlüsse aus Naturkork oder Kunststoff“ Meist für Wein-, Perlwein-, Sekt- und Schaumweinabfüllung Naturkork: Tradition versus Nachteile Elastizität, gute Abdichteigenschaften Fehlgeschmack durch Trichloranisol Mögliche Schimmelbildung
• Bügelverschlüsse Einsatz v.a. bei Bierflaschen Befestigung des einteiligen Porzellanverschlusses durch Oberbügel am Flaschenhals Flaschenmündung wird durch Gummidichtring zwischen Kopf und Mündung abgedichtet Anpressen an die Flasche durch Unterbügel
• Versiegelungen Verschlüsse für Milchverpackungen undKunststoffflaschen im Getränkebereich Aluminium-Dünnband-Materialien mitSiegellack auf der Verbindungsseite
• Biologisch abbaubare Polymere Als biologisch abbaubar darf ein Kunststoff nur dann bezeichnet werden, wenn alle organischen Bestandteile einem durch biologische Aktivität verursachten vollständigen Abbau unterliegen
• Polymilchsäure (PLA) Herstellung Enzymatische Hydrolyse von Maisstärke zu Glucose Homofermentative Milchsäuregärung Üblicherweise wird L-Milchsäure für die PLA-Herstellung eingesetzt Nur hochmolekulare PLA wird in der Verpackungsindustrie verwendet Direkte Kondensationsreaktion Direkte Polykondensation Ringöffnungspolymerisation
• Polymilchsäure (PLA) Verarbeitung PLA empfindlich gegenüber hoher Luftfeuchtigkeit und Temperatur > Trocknung erforderlich Extrusion Spritzgussverfahren Blasformen Thermoformen
• Polymilchsäure (PLA) Eigenschaften Thermoplastizität, gute Verarbeitbarkeit Hohe mechanische Festigkeit Transparenz Thermisch instabil, schnelle Depolymerisation bei hohen Temperaturen Relativ hohe Durchlässigkeit für CO2 und Wasserdampf Ausmaß der Migration begrenzt; Milchsäure-Monomere, -Dimere und Oligomere
• Polymilchsäure (PLA) Anwendungen Einsatz im Lebensmittelbereich ideal bei Frischprodukten und Erzeugnissen, die unempfindlich gegenüber Sauerstoff sind
• Funktionen von Verpackungen Schutz & Erhaltung Barriere zwischen LM und Umwelt Schutz vor MO, physikalischen, chemischen Einflüssen Schutz der Umwelt Kommunikation Identifizierung von Produkt und Marke Werbung gesetzliche Mindestinformationen Einschließung, Transportfähigkeit Transport-, Lagerfähigkeit Verbraucheransprüche Familien-, Singlepackungen einfach zu öffnen, wiederverschließbar
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• Polyethylen Wenig durchlässig für Wasserdampf Relativ durchlässig für Sauerstoff, Kohlendioxid und Aromastoffe Beständig gegen Säuren und Basen Leichte Quellung bei längerem Kontakt mit Fetten und Ölen Transparent, gut schweißbar Zähigkeit, Reiß- und Durchstoßfestigkeit Hohe Transparenz
• Polyethylenterephthalat (PET) Herstellung> Katalytische Umesterung von Dimethylterephthalat mit Ethylenglycol (Methode 1)> Direkte Polykondensation von Ethylenglycol und Terephthal-säure (Methode 2) Hohe mechanische Festigkeit, Transparenz Wärmeformbeständigkeit Sterilisierbar Sehr geringe Durchlässigkeit für Gase und Aromastoffe
• Polypropylen Hohe mechanische Festigkeit Geringe Durchlässigkeit für Gase, Wasserdampf und Aromastoffe Beständig gegen höhere Temperaturen (kurzzeitig 140 °C)
• Polyvinylchlorid PVC Hohe chemische Beständigkeit gegenüber Säuren, Laugen, Fetten und Ölen Geringe Durchlässigkeit für Wasserdampf und Gase sowie UV-Strahlen Gute Aromadichtigkeit Niedrige Wärmebeständigkeit (70-75 °C)
• Polystyrol Hohe Durchlässigkeit für Wasserdampf und Gase Heißabfüllung beschränkt möglich Sprödigkeit, Schlagempfindlichkeit
• Bestimmung der Migration Entweder im Lebensmittel oder in Lebensmittelsimulantien Definierte Parameter wichtig (Reproduzierbarkeit!) Kunststoffe: 4 Simulanzlösungen entsprechend der Lebensmittelkategorien > Wässrig, sauer, alkoholisch, fettig Coatings: z.B. bei Konserven > Verpacktes Lebensmittel selbst als Migrationsmedium Kautschuk/Elastomere: siehe Kunststoffe Papier, Karton, Pappe: Migrationsuntersuchungen nicht möglich, da Wasser aufgesaugt wird > Kaltwasserextrakt als Standardbedingung für Kontakt mit feuchten, fettenden Lebensmitteln > Heißwasserextrakt zur Bestimmung migrierfähiger Komponente aus Heißfilterpapieren (Kaffee-, Teefilter) Silikatische Werkstoffe (Keramik, Glas, Email)> 4% Essigsäure, 22 °C, 24 Stunden Metallische Werkstoffe> Keine speziellen Bedingungen festgelegt> Verfahren je nach realen Anwendungsbedingungen Aktive und intelligente Bedarfsgegenstände> Diversität der Materialien > materialspezifische Anforderungen> Hemmhoftest als Beweis für den Übergang konservierender Stoffe
• Wärmebehandlung von Milch Aufkochenca. 100 Dauererhitzung62-65> 30 min95Unwirtschaftlich Thermisieren68-72 °C8-40 s99Nur für Käserei-milch Pasteurisation71-7440-4599,5Kaum Vitamin-verlusteHocherhitzung> 858-15 s99,9Bis zu 20% Vitamin-verluste Ultrahoch-erhitzung135-1502-8 s99,9-100Nur bei aseptischer Weiterverarbeitung Sterilisation110-11520-50 min100ca. 30 % Vitamin-verluste

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