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Allg. Lebensmitteltechnologie (Fach) / (10) Verpackung von Lebensmitteln (Lektion)
Uni Bonn SS'17
Diese Lektion wurde von melxying erstellt.
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- Welchen Zwecken dient eine Verpackung? 1. Schutzfunktion (= Schutz der Ware vor diversen Gefahren) 2. Informationsfunktion (= Verpackung enthält wichtige Informationen zur Ware) 3. Lagerfunktion (= erleichterte Einlagerung & Zwischenlagerung der Ware) 4. Lade- & Transportfunktion (= erleichtertes Verladen sowie Transportieren ohne Beanspruchung der Ware) 5. Verkaufsfunktion (= Verpackung trägt zum besseren Verkauf der Ware bei)
- Eigenschaften der Packmittel: Glas - Vor- & Nachteile Glas: 1. Vorteile: Absolute Undurchlässigkeit für alle Stoffe Wechselwirkungen mit Lebensmitteln & anderen Füllgütern praktisch vernachlässigbar Lichtschutz durch Braunfärbung (Alkali-Eisen-Schwefel-Verbindungen) erzielbar 2. Nachteile: Zerbrechlichkeit Sprödigkeit (keine flexible Verpackung möglich) Hohes Gewicht
- Eigenschaften der Packmittel + Vor- & Nachteile: Weißblech Weißblech (tinplate): = Dünne Stahlblech, dessen Oberfläche zum Schutz vor Korrosion mit einer Zinnauflage veredelt wird. Elektrolytische Verzinnung:→ Zinnsalzlösung, Feinstblech als Kathode, Zinn als Anode Ölschicht zur Verbesserung der Gleiteigenschaften Schutzlacke zur Vermeidung von Wechselwirkungen mit dem Packgut:i) Außenlackierungen = Schutzlackierung od. Dekorationslackierung ii) Innenlackierungen = Epoxid-Kunstoffe-lacke (Bisphenol-A (BPA)) Weitere Überzüge: Folien aus Polypropylen & Polyethylen Vorteile: Stoff- & Lichtundurchlässigkeit hohe Temperaturbeständigkeit (Sterilisieren in der Packung!) Nachteil: Ein hoher Fett- od. Säuregehalt im Lebensmittel intensiviert die BPA-Migration häufig noch. Epoxid-Kunststoff enthält meist das unerwünschte Bisphenol-A (BPA), das vor allem während des Sterilisationsprozesses in das Lebensmittel eindringen kann.
- Aluminium Vor- & Nachteile Aluminium: Vorteile: Unbeständig gegen Sauerstoff– Oberfläche aus Al2O3, das das Metall gegen weitere Korrosion schützt Absolute Stoff- & Lichtundurchlässigkeit Vielfalt der Anwendungsmöglichkeiten Nachteile: Hohe Energiekosten bei Herstellung Gefahr Übergang von Aluminium auf Grillgut
- Edelstahl Edelstahl = Nichtrostende Stähle Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit durch Zusatz weiterer Elemente:– Rostfreie Stähle: mind. 10,5 % Chrom, meist ca. 18 %– Nickel, Chrom, Molybdän
- Papier: - Einsatz - Rohstoffe - Herstellung Papier: 1. Einsatz: Verpackung trockener Lebensmittelnz. B. Zucker, Salz, Getreide-, Kartoffel- und Reisprodukte Beschichteter Papiere für fetthaltige Produkte:z. B. Wurst, Käse 2. Rohstoffe: überwiegend aus Pflanzenfasern & Füllstoffen bestehender Werkstoff 3. Herstellung aus Holz durch Behandlung mit diversen Chemikalien: Natronverfahren, Sulfitverfahren, Sulfatverfahren 4. Qualitätsverbessernde Zusätze: Leimstoffe (Verringerung des Saugvermögens) Mineralien, Farbstoffe 5. Beschichtung mit Kunststoffen, Wachsen od. Latex Erhöhung der Wasserfestigkeit durch Wachse Fettabweisende Eigenschaften durch fluorierte Kohlenwasserstoffe
- Papier: Vor- & Nachteile Papier: 1. Vorteile: Geringe Kosten, Geringes Gewicht Leichte Bedruckbarkeit Mechanische Festigkeit 2. Nachteile: Hohe Durchlässigkeit für Gase & organische Verbindungen
- Was versteht man unter MOSH und MOAH? MOSH = Mineral Oil Saturated Hydrocarbons, MOAH = Mineral Oil Aromatic Hydrocarbons 1. Quelle: Verwendung mineralöl-haltiger Zeitungsdruckfarben Verpackungsmaterialien aus Recyclingkarton Einsatz von Schmierstoffen während der Primärproduktion 2. Gefahr: Migration Mineralöle ins Lebensmittel im Körper angereichert werden und zu Schäden in der Leber, den Herzklappen & den Lymphknoten führen. Ein mögliches krebserzeugendes Potential kann nicht ausgeschlossen werden 3. Betroffen: Trockenwaren & Lebensmittel mit langer Haltbarkeit:Reis, Gries, Teigwaren, Semmel- brösel, Frühstückscerealien
- Kunststoffe: - Merkmale - Einteilung Kunststoffe: Synthetisch hergestellte organische hochmolekulare Stoffe – Homo-polymere: aus chemisch gleichartigen Monomeren – Co-polymere: Aufbau aus verschiedenen Grundeinheiten Merkmale: Geringe Dichte & Wärmeleitfähigkeit Hohe Zugfestigkeit Hohe chemische Beständigkeit Hohes elektrisches Isolierungs-vermögen Ausgeprägte Temperaturabhängigkeit des mechanischen Verhaltens Brennbarkeit Gute Einfärbbarkeit
- Einteilung der Kunststoffe Einteilung der Kunststoffe: 1.Thermo-plaste: Lineare od. verzweigte Moleküle liegen hauptsächlich nebeneinander bzw. ineinander verknäuelt entangled vor. Sie erweichen bei Erwärmung & können verformt werden. Nach Abkühlung erhärtet der Kunststoff zu der neu gegebenen Form. 2. Duro-plaste: Aus Makromolekülen aufgebaut, die engmaschig closed-meshed verknüpft sind. Beim Erwärmen können die Mölekule nicht aneinander vorbeigleiten, nicht mehr warm umformbar. → aufgrund der festen Bindungen 3. Elastomere: Weitmaschige Vernetzung der Makromoleküle.
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- Nennen Sie die Herstellungsmöglichkeiten von Kunststoffe Herstellung von Kunststoffe: Polymerisation:z. B. Polyethylen, Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol – Kettenwachstumsreaktionen erfolgen über ein aktives KettenENDE. – Sie lassen sich in radikalische, kationische, anionische & koordinative unterteilen. Polykondensation:z. B. Polyethylenterephthalat (PET), Polymilchsäure– Kettenwachstum durch Kondensationsreaktionen zweier mindestens bifunktioneller Monomere/Oligomere unter Abspaltung kleinerer Moleküle (Wasser, HCl) Polyaddition z. B. Polyurethane (mit Innenbeschictung = Epoxidharzen (BADGE Problem))– verläuft wie die Polykondensation in Stufen, hierbei aber KEINE Nebenprodukte abgespalten werden.
- Was versteht man unter Polykondensation? Polykondensation zur Herstellung von Kunststoffen: Kettenwachstum durch Kondensationsreaktionen zweier mindestens bifunktioneller Monomere/Oligomere.. unter Abspaltung kleinerer Moleküle (Wasser, HCl). z. B.: Polyethylenterephthalat (PET) durch Umesterung von Dimethylterephthalat mit Glycol Polyamid auf Basis von Hexamethylendiamin und Adipinsäure Polycarbonate aus Phosgen und aromatischen Bisphenolen
- Polyethylen - Herstellung - Vor- & Nachteile - Einsatz Polyethylen Herstellung = durch Polymerisation a) Low Density Polyethylene (LDPE) & Linear Low Density PE Vorteile:– Wenig durchlässig für Wasserdampf– Transparent, gut schweißbar– Beständig gegen Säuren & Basen– Zähigkeit, Reiß- & Durchstoßfestigkeit Nachteile:– Relativ durchlässig für Sauerstoff, Kohlendioxid & Aromastoffe– Leichte Quellung bei längerem Kontakt mit Fetten & Ölen Einsatz:– Folien, Beutel, Tuben, Netze zur Verpackung von Fleisch, Gemüse, Obst, Süßwaren, Gebäck, Zucker.– Siegelschicht seal layer bei der Herstellung von Verbundmaterialien mit Karton sowie in verklebten Verbundfolien mit Aluminium b) High Density Polyethylene (HDPE): Vorteile:– Zäher & kältebeständiger als LDPE/LLDPE – Geringere Durchlässigkeit für Wasserdampf & Gase – Beständiger gegenüber Chemikalien & höheren Temperaturen Einsatz:– Herstellung von Flaschen, Behältern & Verschlüssen für Milch & Essig – Transportverpackungen in Form von Kästen für Fleisch, Bier & Wein
- Polyethylenterephthalat (PET) - Herstellung - Vor- & Nachteile Poly-ethylen-tereph-thalat (PET): Herstellung: durch Polykondensation von Ethylenglycol & Terephthalsäure Vorteile: Sehr geringe Durchlässigkeit für Gase & Aromastoffe Wärmeformbeständigkeit ⇒ Sterilisierbar Hohe mechanische Festigkeit, Transparenz Einsatz: Ein- & Mehrwegflaschen für CO2-haltige Getränke & Mineralwasser Speiseöle, Soßen, Senf, Sirup
- Polyvinylchlorid (PVC) - Herstellung - Vor- & Nachteile - Einsatz Polyvinylchlorid PVC Herstellung durch Polymerisation Vorteile: Gute Aromadichtigkeit Geringe Durchlässigkeit für Wasserdampf & Gase sowie UV-Strahlen Hohe chemische Beständigkeit gegenüber Säuren, Laugen, Fetten & Ölen Nachteile: Niedrige Wärmebeständigkeit (70-75 °C)⇒ Keine Sterilisation in der Verpackung möglich Einsatz: Folien für portionierte Verpackungen Vorgeformte Verpackungen: z. B. Schalen für Milchprodukte, Mayonnaise, Fette, Salate Flaschen für Mineralwasser, Essig, Speiseöl, Wein, Bier Trinkwasserrohre drinking water pipes
- Polystyrol - Herstellung - Vor- & Nachteile - Einsatz Polystyrol styrofoam Herstellung durch Polymerisation Nachteile: Hohe Durchlässigkeit für Wasserdampf & Gase Sprödigkeit, Schlag-empfindlichkeit→ durch geeignete Zusätze kompensiert werden (High Impact Polystyrene, HIPS) Heißabfüllung beschränkt möglich Einsatz: Dünnwandige Einweg-Eis- & Trinkbecher Einwegbestecke Becher & andere Behälter aus HIPS für die Verpackung von Milch & Milchprodukten, Schmelzkäse, Konserven, Honig, Butter, Kaffeesahne (Portionsverpackungen), Süßwaren Schaumpolystyrol als Verpackung für gekühlte Getränke, Eier Kühlschrankinnenbehälter
- Additive in Kunstoffen Additive in Kunstoffen: Antioxidantien Lichtschutzmittel Gleitmittel Antistatika Weichmacher Füllstoffe Antimikrobielle Stoffe Farbmittel
- Zusatzstoffe in Kunstoffen: Funktion, Wirkstoffe, Beispiele - Antioxidantien - Lichtschutzmittel - Gleitmittel - Antistatika 1. Antioxidantien: Schutz vor oxidativem Abbau Radikalfänger (primäre / kettenreaktionsabbrechende Antioxidantien) Hydroperoxid-zersetzer (sekundäre Antioxidantien) 2. Lichtschutzmittel: UV-Absorber 3. Gleitmittel: als Verarbeitungshilfsmittel: Verbesserung der Fließfähigkeit von Thermoplastschmelzen Wirkstoffe: Fettalkohole, Fettsäureester, Fettsäureamide, Fluorpolymere 4. Antistatika: Wirken der elektrostatischen Aufladung von Polymeren & damit der Adhäsion von Staub entgegen. Hydrophile Substanzen: Polyglycole, Alkylsulfonate
- Zusatzstoffe in Kunstoffen: Funktion, Wirkstoffe, Beispiele: - Weichmacher Weichmacher; Funktion:– Verbesserung der Flexibilität, Verarbeitbarkeit & Dehnbarkeit der Kunststoffe – Vergrößerung der intermolekularen Abstände & Reduktion der zwischenmolekularen Kräfte. i) Äußere Weichmachung: → Weichmacher liegt nicht kovalent gebunden im Polymer vor ⇒ Nachteil: Migration möglich.ii) Innere Weichmachung: → Kovalent gebundene (Copolymere) ⇒ die können nicht migrieren Phthal-säurediester (>85% aller Weichmacher)
- Zusatzstoffe in Kunstoffen: Funktion, Wirkstoffe, Beispiele - Füllstoffe - Antimikrobielle Stoffe - Farbmittel 1. Füllstoffe Inaktive Füllstoffe: kostenreduzierend, keine Verbesserung der Eigenschaften⇒ Calciumcarbonat (Kreide chalk) für Thermoplaste Aktive Füllstoffe: wirken verstärkend. Verbesserung der mech. & physikal. Eigenschaften („verstärkende Füllstoffe“) 2. Antimikrobielle Stoffe Sorbinsäure, Benzoesäure 3. Farbmittel: Organische Verbindungen Anorganische Pigmente⇒ Titandioxid, Zinkoxid (weiß), Eisenoxid (schwarz)⇒ Eisen-, Mangan-, Chrom-, Zink-, Molybdänverbindungen
- Was ist Kautschuk? Arten? Kautschuk Rubber: Alle plastischen od. kautschukelastischen, makromolekularen Stoffe, die sich infolge einer weitmaschigen Vernetzbarkeit in einen gummielastischen Zustand überführen lassen. 1. Dien-kautschuke: Doppelbindungen in Hauptkette. Bsp. Naturkautschuk 2. Methylen-kautschuke: enthalten gesättigte Strukturen Bsp. Mischpolymerisate aus Ethylen/Propylen
- Nachteile von Kautschuk als Verpackungsmaterial, wie kann man diese überwinden? Nachteile von Kautschuk: Erweichung & Klebrigwerden in der Wärme Verhärtung & Brüchigkeit in der Kälte Vulkanisieren erforderlich ⇒ "Gummi" (= Höhere Reißfestigkeit & Beständigkeit) Bildung kovalente Vernetzungen zwischen den Makromolekülen ⇒ Überführung von plastischen, kautschukartigen Polymeren in den gummielastischen Zustand
- Was versteht man unter Vulkanisation? Vulkanisation: Überführung von plastischen Polymeren in den gummielastischen Zustand infolge einer Vernetzung durch bifunktionelle Agenzien. Vernetzung von Dien-kautschuk durch Schwefel.⇒ inter- & intramolekularer Sulfidbrücken Konsistenz der Vulkanisate abhängig von Schwefel-Menge⇒ Je mehr Schwefelbrücken, desto härter & unelastischer der Gummi Vulkanisationshilfsmittel = Steuerung der Geschwindigkeit i) beschleuniger = Dithiocarbamate, Thiurame, Thia-zole ii) verzögerer = Ph-thal-säure-anhydrid Schwefelfreie Vernetzung:– Organische Peroxide– Thermische Behandlung
- Kautschuk: Additive und Fabrikationshilfsmittel Kautschuk: Additive & Fabrikationshilfsmittel 1. Füllstoffe (20-60%) Inaktive Füllstoffe: Streckungsmittel (Produktverbilligung!) z. B. Kreide chalk Aktive Füllstoffe: wirken verstärkend zur innigen Haftung zwischen Kautschukketten Füllstoffteilchen; z. B. Ruße carbon blacks, Kieselsäuren silicic acid 2. Weichmacher (10-30%) 3. Alterungsschutzmittel (1-2%) Alkylierte od. arylierte Phenole N-substituierte Arylamine (Schutz vor Ozon)
- Verpackung: Was versteht man unter Migration & Permeation? 1. Migration: Wechselwirkung zwischen Füllgut & Verpackungsmaterial Stoffübergänge aus dem Produkt in die Verpackung Stoffübergänge aus der Verpackung in das Produkt ⇒ Geschmackliche Veränderung 2. Permeation: Gasübergang von außen durch die Wandung der Verpackung ins Innere Gasübergang vom Innern der Packung nach außen in die Umgebung ⇒ Gasverlust eines Getränks⇒ Unerwünschte Reaktion des Produkts mit dem ins Innere gelangten Gas
- Migration: - Arten - Parameter Migration: Parameter: Abhängig von: Kontaktzeit Temperatur Art des Kontaktmediums Verhältnis zwischen Kontaktfläche & Volumen an Kontaktmedium 1. Globalmigration: Gesamte Stoffmenge, die aus einem Bedarfsgegenstand während seiner Kontaktzeit mit dem Lebensmittel in dieses übergeht. 2. Spezifische Migration: Stoffmenge einer bestimmten Substanz/Substanzgruppe, die auf das Lebensmittel übergeht.
- Bestimmung der Migration bei: - Kunststoffe - Coatings - Papier, Karton, Pappe - Keramik, Glas, Email - Metallische Werkstoffe - Aktive und intelligente Bedarfsgegenstände 1. Kunststoffe: 4 Simulanzlösungen entsprechend der Lebensmittelkategorien:→ Wässrig, sauer, alkoholisch, fettig 2. Coatings: z. B. bei Konserven Verpacktes LM selbst als Migrationsmedium 3. Papier, Karton, Pappe: Migrationsuntersuchungen nicht möglich, da Wasser aufgesaugt wird.i) Kaltwasser-extrakt als Standardbedingung für Kontakt mit feuchten, fettenden LM.ii) Heißwasser-extrakt zur Bestimmung migrierfähiger Komponenten aus Heißfilterpapieren (Kaffee-, Teefilter) iii) Extraktion mit organischen Lösungsmitteln - Bei vorgesehenem Kontakt mit fetthaltigen Lebensmitteln 4. Keramik, Glas, Email: 4% Essigsäure, 22 °C, 24 Stunden 5. Metallische Werkstoffe: Keine speziellen Bedingungen festgelegt Verfahren je nach realen Anwendungsbedingungen 6. Aktive & intelligente Bedarfsgegenstände: Hemm-hof-test als Beweis für den Übergang konservierender Stoffe -
- Allgemeine Anforderungen an Verschlüsse Allgemeine Anforderungen an Verschlüsse: Dichtigkeit: Vermeidung von..– Produktverlusten und Austritt von Produktbestandteilen (Wasserdampf, Aromastoffe, CO2)– Produktkontaminationen (Lösungsmittel, Sauerstoff, Fremdaromen etc.)– Eindringen von Mikroorganismen (Bakterien, Schimmelpilze) Technisch einfache Verarbeitbarkeit Pasteurisierbarkeit od. Sterilisierbarkeit Minimale Wechselwirkungen mit dem Produkt Leichtes Öffnen, anschließende dichte Wiederverschließbarkeit Fälschungssicherer Garantieverschlussz. B. Sicherungsring, Sprengring, Schrumpffolienüberzug, Sicherungsetikett etc. besondere Eigenschaften, z.B. Kindersicherung Wirtschaftlichkeit Recyclierbarkeit
- Stopfen: Material, Einsatz, Vor- & Nachteile ver. Arten. Stopfen: Einsatz: Meist für Wein-, Perlwein-, Sekt- und Schaumweinabfüllung Material: 1. Naturkork: aus Rinde der Korkeiche Koch-, Stanz-, Trockenverfahren mit anschließender Imprägnierung Vorteile: – Elastizität, gute Abdichteigenschaften– Hohe Akzeptanz des „Öffnungsrituals“ mittels Korkenzieher - Tradition Nachteile:– Lösung von Aromen & Geschmackstoffen aus dem Korken– Fehlgeschmack durch Trichloranisol (Korkgeschmackes)– Mögliche Schimmelbildung 2. Kunstoffstopfen: Spritzgussverfahren Extrusion Koextrusion
- Was versteht man unter Bioabbaubare Polymere? Bioabbaubare Polymere: Natürliche & synthetische Polymere, die kunststoffähnliche Eigenschaften aufweisen, aber im Unterschied zu konventionellen Kunststoffen von Mikroorganismen abgebaut werden können.→ Kompost, Faulschlamm, Erde, Abwasser Zu unterscheiden von....Polymeren.– oxo-abbaubaren.. (metallkatalysierte partielle Oxidation)– durch UV-Bestrahlung abbaubaren..(Sonne) Als biologisch abbaubar darf nur dann bezeichnet werden: wenn alle organischen Bestandteile einem durch biologische Aktivität verursachten Abbau unterliegen.
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- Beispiel von einem bioabbaubaren Polymer Bioabbaubare Polymere: Polymilchsäure (Polylactic Acid, PLA)
- Herstellung von Polymilchsäure (Polylactic Acid, PLA) Polymilchsäure (Polylactic Acid, PLA) = Biologisch abbaubares Polymer Herstellung: Maisstärke —–Enzymatische Hydrolyse–→ Glucose Glucose —–Homofermentative Milchsäuregärung–→ L(+)-Milchsäure + Lactobacillus delbrueckii– Höhere Ausbeuten an Milchsäure – Geringere Mengen an Nebenprodukten– pH 5,4-6,4; 38-42 °C; niedrige Sauerstoffgehalte L(+)-Milchsäure —–Polykondensation–→ hochmolekulare PLA
- Eigenschaften von Polymilchsäure (Vor- & Nachteile?) Eigenschaften Polymilchsäure (Polylactic Acid, PLA): Thermoplastizität, Gute Verarbeitbarkeit Hohe mechanische Festigkeit Transparenz Thermisch INstabil, schnelle Depolymerisation bei hohen Temperaturen→ Hydrolyse, oxidativer Abbau, inter- & intramolekulare Umesterung Nachteil: Relativ hohe Durchlässigkeit für CO2 & Wasserdampf Vorteil: Ausmaß der Migration begrenzt; Milchsäure-Monomere, -Dimere & -Oligomere
- Anwendungen für Polymilchsäure Anwendungen Polymilchsäure (Polylactic Acid, PLA): Einsatz im Lebensmittelbereich ideal bei Frischprodukten & Erzeugnissen, die UNempfindlich gegenüber Sauerstoff sind. Thermogeformte Behälter für Obst, Gemüse und Salate Schalen für Feinkost-Fleischprodukte Joghurtbehälter Behälter für Süßwaren, frische Kräuter und Backwaren Becher für Kaltgetränke Flaschen für Milch geringer Haltbarkeit Wasser
- Anwendungen für Polymilchsäure Anwendungen Polymilchsäure (Polylactic Acid, PLA): Einsatz im Lebensmittelbereich ideal bei Frischprodukten & Erzeugnissen, die unempfindlich gegenüber Sauerstoff sind. Thermogeformte Behälter für Obst, Gemüse & Salate Schalen für Feinkost-Fleischprodukte Joghurtbehälter Behälter für Süßwaren, frische Kräuter & Backwaren Becher für Kaltgetränke Flaschen für Milch geringer Haltbarkeit Wasser
- Verarbeitung von Polymilchsäure (Polylactic Acid, PLA) Verarbeitung von Polymilchsäure (Polylactic Acid, PLA): PLA empfindlich gegenüber hoher Luftfeuchtigkeit & Temperatur⇒ Trocknung erforderlich (< 0,01 Gew.-% Restwassergehalt) Extrusion Schmelztemperatur 200-220 °C Spritzgussverfahren Blasformen Thermoformen
- Active Packaging Material: Definition Aktive Lebensmittel-kontakt-materialien absorbieren Stoffe od. setzen sie frei,um so die Qualität verpackter Lebensmittel zu verbessern od. ihre Haltbarkeit zu verlängern
- a) Mit welchem der drei grundlegenden Verfahren zur Herstellung von Kunststoffen werden Polyurethane hergestellt? b) Für welche Produktgruppe sollten Polyurethane nicht eingesetzt werden und warum? (2) Polyaddition Nicht einsetzbar bei lipidhaltigen Produkten, da Migration möglich
- Nennen Sie zwei Systeme von aktiven Verpackungen und erläutern Sie jeweils das zugrunde liegende Wirkungsprinzip (4) Absorber (Removes undesired compounds) Releasing Systems (Add or emit compounds)
- 1. Erläutern Sie die folgenden Begriffe: a) Packstoff (1) b) Verpackungssystem (3) c) Verpackung (1) d) Verpackungsprozess (1) a) Packstoff Das Material aus dem das Packmaterial besteht. b) Verpackungssystem Packgut, Verpackung & Verpackungsprozess c) Verpackung Gesamtheit an Komponenten, die dazu dienen, einbestimmtes Füllgut gezielt & lösbar zu umhüllen. d) Verpackungsprozess Verpackungsvorgang