Brasilianische Wissenschaftler haben die Haut eines im Amazonasgebiet gezüchteten Fisches in einen transparenten, widerstandsfähigen Biofilm umgewandelt, der eines Tages einen Teil der Lebensmittelverpackungen aus Kunststoff ersetzen könnte. Die Arbeit zeigt einen neuen Weg auf, Abfall zu reduzieren und die Wertschöpfung in der Aquakultur zu steigern.
Brasilianische Forscher haben aus der Haut eines Amazonasfisches einen transparenten, flexiblen Biofilm für Lebensmittelverpackungen entwickelt, der aus etwas hergestellt wird, das normalerweise weggeworfen wird und zur Lösung eines globalen Umweltproblems beitragen könnte.
Das von Wissenschaftlern der Universität São Paulo und EMBRAPA Pecuária Sudeste entwickelte Material wird aus der Haut des Tambatinga hergestellt, eines Zuchtfisches, der eine Kreuzung aus Tambaqui und Pirapitinga ist. Das Team berichtet, dass der daraus entstandene Film reißfest und transparent ist und ultraviolettes Licht besser blockiert als viele andere in der wissenschaftlichen Literatur beschriebene Materialien auf Gelatinebasis.
Die Studie, die von der São Paulo Research Foundation (FAPESP) über das Food Research Center (FoRC) unterstützt wird, ist veröffentlicht in der Zeitschrift Lebensmittel.
Die Arbeit knüpft an die zunehmenden Bemühungen an, erdölbasierte Kunststoffe in Lebensmittelverpackungen durch biologisch abbaubare Alternativen zu ersetzen. Herkömmliche Kunststofffolien sind zwar günstig und effektiv, verbleiben aber jahrzehntelang in der Umwelt und verstopfen Mülldeponien, Flüsse und Ozeane.
Laut dem Lebensmittelingenieur Paulo José do Amaral Sobral, Professor am Institut für Lebensmitteltechnik auf dem Campus Pirassununga der Universität von São Paulo, baut die neue Fischhautfolie auf jahrzehntelangen Bemühungen auf, nachhaltigere Materialien zu finden.
„Wir arbeiten seit über 25 Jahren an der Entwicklung von Folien auf Basis von Biopolymeren wie Proteinen und Polysacchariden, mit dem Ziel, dieses Material für Lebensmittelverpackungen einzusetzen und die Umweltbelastung zu reduzieren, da die Ansammlung synthetischer Verpackungen in der Natur viele Probleme mit sich bringt“, sagte Sobral in einer Pressemitteilung.
Tambatinga wird in der Aquakultur bereits wegen seines schnellen Wachstums und seines hohen Kollagengehalts geschätzt. Kollagen ist das Protein, das Haut und Bindegewebe Struktur verleiht. Da die Art in tropischen Gewässern beheimatet ist, kann ihre Haut höhere Konzentrationen bestimmter Aminosäuren aufweisen, was die funktionellen und strukturellen Eigenschaften der daraus gewonnenen Gelatine verbessern kann.
In der neuen Studie arbeitete Sobral mit dem Zootechniker Manuel Antonio Chagas Jacintho und der Lebensmittelingenieurin Fernanda Ramalho Procopio, beide von EMBRAPA, zusammen. Zunächst reinigten sie die Fischhäute gründlich und extrahierten anschließend Gelatine mithilfe von heißem Wasser und Essigsäure, um Verunreinigungen zu entfernen.
Die Forscher stellten anschließend eine filmbildende Lösung her, indem sie zwei Gramm Gelatine auf 100 Gramm Lösung gaben. Nach dem Trocknen zu dünnen Blättern ergab diese Mischung einen transparenten, gleichmäßigen Film, der flexibel und gleichzeitig mechanisch widerstandsfähig war.
Tests zeigten, dass die auf Tambatinga basierende Folie mehrere vielversprechende Eigenschaften für Verpackungen aufweist. Sie ist äußerst widerstandsfähig und eignet sich daher für den Transport und die Handhabung. Zudem blockiert sie UV-Strahlen effektiver als viele andere Gelatinefolien, was lichtempfindliche Lebensmittel vor dem Verderben schützen kann. Darüber hinaus besitzt sie eine geringere Wasserdampfdurchlässigkeit als andere in der Literatur beschriebene gelatinebasierte Materialien, was bedeutet, dass sie den Feuchtigkeitsdurchtritt besser verlangsamt als viele vergleichbare Biopolymerfolien.
Diese Eigenschaften weisen auf einen Weg hin, Fischhaut, die häufig als Industrieabfall gilt, in einen erneuerbaren, hochwertigen Rohstoff für nachhaltige Verpackungen zu verwandeln. Die Verwendung solcher Nebenprodukte kann die Umweltbelastung sowohl der Aquakultur als auch der Verpackungsindustrie verringern, indem Abfall reduziert und einige erdölbasierte Kunststoffe ersetzt werden.
Das Material ist jedoch noch nicht so weit, Plastikfolie in Supermarktregalen zu ersetzen. Eine wesentliche Einschränkung besteht darin, dass die Folie feuchtigkeitsempfindlich ist, was die Menge der Produkte, die damit sicher verpackt werden können, begrenzt.
„Aus diesem Grund können sie vorerst nur in Trockenprodukten wie Nüssen und Kastanien verwendet werden“, fügte Sobral hinzu.
Das bedeutet, dass die ersten praktischen Anwendungen, falls die Technologie skaliert wird, wahrscheinlich bei der Verpackung von trockenen Lebensmitteln liegen würden, die keine hohe Feuchtigkeitsbarriere erfordern, wie zum Beispiel Snacknüsse, Samen oder bestimmte Süßwaren.
Das Team sieht dies als Ausgangspunkt und nicht als Endpunkt. Zukünftige Forschungen werden sich auf die Verbesserung der Feuchtigkeitsbeständigkeit der Folie konzentrieren, beispielsweise durch die Mischung der Fischgelatine mit anderen Biopolymeren, die Zugabe natürlicher Zusatzstoffe oder das Aufbringen von Schutzbeschichtungen. Die Forscher möchten außerdem testen, wie sich das Material unter realen Lager- und Transportbedingungen verhält und seine Sicherheit und Eignung für verschiedene Lebensmittelarten bewerten.
Über Lebensmittelverpackungen hinaus glauben die Wissenschaftler, dass besser kontrollierte Gelatinefilme aus Tambatinga-Haut zukünftig auch in der Pharmazie und in biomedizinischen Produkten Anwendung finden könnten – Bereiche, in denen kollagenbasierte Materialien bereits für Kapseln, Wundverbände und Gerüste für die Gewebezüchtung eingesetzt werden. Für solche Anwendungen wären jedoch weitere Tests und behördliche Zulassungen erforderlich.
Wenn diese Folien weiterentwickelt und in großem Maßstab produziert werden können, könnten sie der Aquakultur einen wirtschaftlichen Mehrwert bieten, indem sie einen neuen Markt für Fischhaut schaffen, die sonst im Abfall landen würde. Dies wiederum könnte integriertere und umweltverträglichere Produktionsketten in den Regionen fördern, in denen Tambatinga gezüchtet wird.
Das Projekt veranschaulicht zudem, wie regionale Biodiversität und lokale Industrien Innovationen vorantreiben können. Durch die genaue Untersuchung eines häufig vorkommenden Zuchtfisches aus dem Amazonasbecken identifizierten die Forscher eine Ressource, die dazu beitragen könnte, eine globale Herausforderung zu bewältigen: die Verringerung der Abhängigkeit von persistenten Kunststoffen.
Während Wissenschaftler weiterhin nach Materialien suchen, die sowohl funktional als auch umweltfreundlich sind, bietet der Tambatinga-Biofilm einen Einblick in eine Zukunft, in der der Abfall von gestern zur nachhaltigen Verpackung von morgen wird.