Kürbisschale könnte Lebensmittelverpackungen mit Kohlenstoff-Quantendots revolutionieren

Lebensmittel länger haltbar zu machen, beschäftigt die Menschheit seit Millionen von Jahren – und neue Ideen gehen uns noch immer nicht aus.

Schon in der Antike sorgte die Konservierung von Lebensmitteln dafür, dass mehr Menschen über längere Zeit versorgt werden konnten, und half dabei, Nahrungsmittelknappheit vorzubeugen. In der modernen Zeit ermöglicht sie zudem, Lebensmittel aus weit entfernten Regionen und ausserhalb ihrer Saison zu probieren.

Ein Forschungsteam unter Leitung der Kyushu University in Japan hat nun eine innovative, natürliche und unkomplizierte Methode zur Lebensmittelkonservierung vorgestellt. Die in Food Research International veröffentlichte Entwicklung könnte sowohl Verpackungsmüll als auch Lebensmittelabfälle reduzieren.

Grundlage ist ein Nanomaterial, dessen zentraler Bestandteil übrig gebliebene Kürbisschale ist.

Bemerkenswert ist, dass das Material Kunststoff in drei Punkten übertraf: beim Abschirmen von ultraviolettem (UV-)Licht, beim Hemmen mikrobiellen Wachstums und beim Erhalt der antioxidativen Aktivität.

„Unser Labor konzentriert sich seit Langem darauf, die Haltbarkeit landwirtschaftlicher Erzeugnisse zu verlängern und zugleich die Abhängigkeit von erdölbasierten Kunststoffen zu verringern“, sagt der Lebensmittelwissenschaftler Fumihiko Tanaka von der Kyushu University.

Kürbisschale als Grundlage für Lebensmittelverpackungen

Für die neue Verwendung wurde die Schale unter hohem Druck erhitzt und anschliessend gefriergetrocknet. Dadurch entstand ein sehr feines schwarzes Pulver aus Kohlenstoff-Quantendots (CQDs), deren nützliche Eigenschaften für Lebensmittelverpackungen bereits zuvor nachgewiesen worden waren.

Nach der Mischung mit Pflanzenfasern und Gelatine verglichen die Forschenden das schalenbasierte Material mit herkömmlicher Kunststoffverpackung sowie vollständig unverpackten Produkten. Als Testlebensmittel dienten Cherrytomaten.

Bei der Untersuchung der Tomaten nach 20 Tagen zeigte sich: Gegenüber gar keiner Verpackung schnitt das Kürbisschalenmaterial besser ab. Auch Standardkunststoff übertraf es beim Schutz vor UV-Licht, bei der Verhinderung von Bakterienwachstum und beim Bewahren der antioxidativen Aktivität. Herkömmlicher Kunststoff begrenzte allerdings den Feuchtigkeitsverlust wirksamer.

Kohlenstoff-Quantendots: Sicherheit und Anwendung

Wie die Forschenden betonen, liegt das auf den kleinen Kohlenstoffpunkten basierende Material zudem deutlich innerhalb der geltenden Toxizitätsschwellen.

„Wir wissen, dass Sicherheit ein zentrales Anliegen ist“, sagt die Lebensmittelwissenschaftlerin M.A. Reshaka Kavindi von der Kyushu University.

„Tests zur Zellviabilität bestätigten, dass das Material unterhalb von 2 mg/mL nicht toxisch ist, und die Beschichtung selbst verwendet nur einen Bruchteil dieser Menge bei einer Dicke von etwa 0,01 Millimetern. Verbraucher können die Exposition zusätzlich senken, indem sie die Produkte einfach waschen oder schälen.“

Die Vorteile enden dort nicht: Das Nanomaterial kann nicht nur als Verpackung eingesetzt, sondern auch aufgesprüht werden. Das ist hilfreich, um gezielt bestimmte Stellen auf Obst und Gemüse zu schützen – und Abfall weiter zu verringern.

Da die Schale etwa 10–12 Prozent der Gesamtmasse eines Kürbisses ausmacht, jedoch meist weggeworfen wird, obwohl sie essbar ist, bietet sich hier eine sinnvolle Verwertung von Lebensmittelabfällen an.

„Herkömmliche antimikrobielle Verpackungen basieren typischerweise auf Metallnanopartikeln wie Zinkoxid oder Silber, die einen grösseren ökologischen Fussabdruck als CQDs haben“, sagt die Lebensmittelwissenschaftlerin Fumina Tanaka von der Kyushu University.

„Unsere CQDs werden aus organischem Material gewonnen und weisen bei wirksamen Konzentrationen eine gute Biokompatibilität auf – ein entscheidender Aspekt für jedes Material mit Lebensmittelkontakt.“

Potenzial gegen Lebensmittelverschwendung

Lebensmittelverschwendung ist ein erhebliches Problem. Schätzungen zufolge erreichen etwa 40-50 Prozent des geernteten Obstes und Gemüses niemals die Verbraucher.

Für den Einsatz in Geschäften ist die Verpackung aus Kürbisschale jedoch noch nicht bereit. Sie wurde bislang nur mit einem Lebensmittel und unter begrenzten Bedingungen über 20 Tage getestet. Dennoch ist dies ein vielversprechender Anfang.

Als Nächstes möchte das Team weitere natürliche Wirkstoffe in die Verpackungsfolie integrieren, um die umhüllten Lebensmittel noch besser zu schützen – beispielsweise vor aggressivem Schimmel. Zudem muss das Konzept noch für eine grössere Produktion skaliert werden.

Einen zusätzlichen Vorteil gibt es ebenfalls: CQDs leuchten unter UV-Licht, wofür die Forschenden möglicherweise ebenfalls eine Anwendung finden könnten.

„Neben den Umweltvorteilen würde ich mir auch wünschen, dass dieses Material Lebensmittelverpackungen ein wenig spielerischer macht“, sagt Fumina Tanaka.

„Unter UV-Licht fluoreszieren die Kohlenstoffpunkte, und die Farbe verändert sich mit der Partikelgrösse. Wenn wir irgendwann einen Weg finden könnten, damit Texte oder Illustrationen darzustellen, wäre das ebenfalls ziemlich aufregend.“

Die Studie wurde in Food Research International veröffentlicht.

Dieser Artikel wurde von Rebecca Dyer auf Fakten geprüft und von Peter Dockrill redigiert. Wir legen grossen Wert auf unseren Prüfprozess, sind jedoch nur Menschen. Wenn Ihnen ein Fehler auffällt, teilen Sie ihn uns bitte mit.