Eine dünne, braun getönte Folie aus zwei Holzrohstoffen blockiert UV-Strahlung nahezu vollständig, hemmt Bakterienwachstum und schützt gleichzeitig vor Sauerstoff und Feuchtigkeit. Was klingt wie die Eigenschaften einer synthetischen Hochleistungsfolie, ist das Ergebnis einer neuen Studie, die in der Fachzeitschrift Colloids and Surfaces A erschienen ist. Das Material besteht aus regenerierter Cellulosefolie und phenoliertem Lignin, einem chemisch modifizierten Nebenprodukt der Zellstoffherstellung. Lignin ist nach Cellulose das zweithäufigste Biopolymer der Erde und wird in Papier- und Zellstofffabriken bislang fast ausschließlich verbrannt. In der Folie entfaltet es hingegen Eigenschaften, die für aktive Lebensmittelverpackungen besonders interessant sind.

Starke Zahlen für ein einfaches Verfahren

Die Studie arbeitete mit einem Ligninanteil von bis zu 30 Prozent in der Folie. Dieser Anteil entfaltet die stärkste Wirkung, wenn das Lignin zuvor phenoliert wurde, also durch eine gezielte chemische Modifikation mit mehr Hydroxylgruppen ausgestattet wurde. Diese Gruppen absorbieren UV-Strahlung und verleihen der Folie ihre UV-Schutzwirkung von nahezu 100 Prozent im UVA- und UVB-Bereich. Für die antibakterielle Wirkung haben die Forschenden zusätzlich die Oberfläche der Folie mit einem natürlichen antimikrobiellen Polypeptid, Epsilon-Polylysin, ausgestattet. Die beste Formulierung erreichte eine Keimreduktionsrate von nahezu 100 Prozent und zeigt dabei eine hohe Zugfestigkeit sowie sehr niedrige Werte für Wasserdampf- und Sauerstoffdurchlässigkeit. In einem Praxistest verlängerte die Folie die Haltbarkeit von Garnelen nachweislich. Die Herstellung der Folie funktioniert in wenigen Schritten: Zuerst werden Cellulose und Lignin in einem Lösungsmittel aufgelöst und dann in Wasser wieder ausgefällt, wodurch sich die Folie als festes Material bildet. Anschließend wird sie in eine Epsilon-Polylysin-Lösung getaucht, damit sich der antibakterielle Wirkstoff auf der Oberfläche verankert. Nach dem Trocknen ist die Folie fertig. Der gesamte Prozess kommt ohne synthetische Kunststoffe, Lösungsvermittler oder Konservierungsstoffe aus.

Lignin als Schlüssel für neuartige, biobasierter Verpackungen

Die Ergebnisse dieser Studie sind Teil eines wachsenden Forschungsfeldes, das Lignin von einem Abfallprodukt zu einem hochwertigen Funktionswerkstoff umwertet. Von den jährlich 50 bis 70 Millionen Tonnen Industrie-Lignin werden bislang weniger als zwei Prozent stofflich genutzt. Die neuartige Lignin-Cellulose-Folie verbindet Kreislaufwirtschaft mit konkretem Anwendungsnutzen. Noch befindet sich das Material im Laborstadium. Skalierung, Kosten und Migrationssicherheit für den Lebensmittelkontakt sind offene Fragen, die in weiteren Studien adressiert werden müssen. Das Potenzial für nachhaltige Aktivverpackungen für leicht verderbliche Lebensmittel ist jedoch deutlich erkennbar.

ag