Unter Schutzatmosphäre verpackt: Das steckt hinter der MAP-Verpackung

Wie funktioniert die Schutzgas- bzw. MAP-Verpackung?

Oxidation, Zellatmung und das Wachstum von Mikroben sind die Hauptursachen für eine verkürzte Haltbarkeit von verderblichen Produkten. All diese Prozesse hängen vom Verhältnis von Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid (oder ihrer Abwesenheit) ab, die das Produkt umgeben. Deshalb zielt die MAP-Verpackung darauf ab, dieses Verhältnis zu optimieren, um die Produkte maximal frisch zu halten.

Gase in der MAP-Verpackung

Die Gasmischung, die in der MAP-Verpackung verwendet wird, hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie zum Beispiel der Art des verderblichen Produkts, den Verpackungsmaterialien, der Lagerungstemperatur und der erwarteten Lagerdauer.

Sauerstoff

Sauerstoff ist eine hochreaktive Chemikalie. Er ist verantwortlich für verschiedene chemische Reaktionen und seine Anwesenheit beschleunigt das Wachstum von Mikroben. In den meisten Fällen wird Sauerstoff zum Verderb von Lebensmitteln beitragen, daher sollte er aus der MAP-Verpackung ausgeschlossen werden. Es gibt jedoch ein paar Ausnahmen, bei denen das Hinzufügen von zusätzlichem Sauerstoff in die Verpackung positive Auswirkungen auf die Haltbarkeit des Produkts haben kann.

Obwohl bestimmte Einzelfälle davon abweichen können, gilt als Faustregel: Die Reaktionsfreudigkeit von Sauerstoff muss sorgfältig kontrolliert werden.

Die Reduzierung von Sauerstoff in Verpackungen verlangsamt die Lipidoxidation, die Bräunung und das Wachstum von Mikroben und erhöht so die Haltbarkeit der meisten verderblichen Produkte. Andererseits hilft die Hinzugabe von verpackungsinternem Sauerstoff rotem Fleisch, seine rote Farbe beizubehalten und bestimmten Gemüsesorten wie Blattgemüse, ihre grüne Farbe, Textur und Qualität zu erhalten.

Kohlenstoffdioxid

Kohlenstoffdioxid verlangsamt das Wachstum von Mikroben, da es in ihre Zellmembranen eindringen und die Zellatmung hemmen kann – ein Prozess, der für die Vermehrung von Mikroben notwendig ist. Deshalb setzen bestimmte MAP-Verpackungen, wie solche für Hartkäse, eine Atmosphäre von 100% CO2 ein.

Jedoch ist die Verwendung von 100% CO2 nicht immer die beste Option, sowohl aus wirtschaftlichen als auch aus chemischen Gründen:

1. CO2 ist teurer in der Produktion oder Beschaffung als Stickstoff.
2. Unter bestimmten Bedingungen kann CO2 in chemische Reaktionen eingehen. Es kann zum Beispiel mit Wasser reagieren und Kohlensäure bilden, die den pH-Wert des Lebensmittels leicht senken kann. Dies kann sich negativ auf die sensorischen Eigenschaften und die Haltbarkeit bestimmter Lebensmittel auswirken.

Deshalb wird CO2 oft zusammen mit Stickstoff in MAP-Verpackungen eingesetzt. Im Falle von rotem Fleisch oder bestimmten Gemüsesorten wird CO2 zusammen mit Sauerstoff eingesetzt, der unter anderem für die Farbstabilität benötigt wird.

Stickstoff

Stickstoff ist ein relativ träges Gas, das kaum chemische Reaktionen mit anderen Substanzen eingeht. Daher wird es als Füllgas verwendet, um Sauerstoff zu verdrängen und eine Schutzatmosphäre um das Produkt zu bilden. Aufgrund seines günstigeren Preises und seiner im Vergleich zu CO2 hohen chemischen Stabilität wird es verwendet, um die Integrität der Verpackung aufrechtzuerhalten.

Edelgase

Edelgase wie Argon und Helium werden manchmal als Ergänzung oder Ersatz für Stickstoff in MAP-Verpackungen verwendet. Sie sind sogar noch reaktionsträger als Stickstoff und eignen sich für bestimmte, hochsensible Produkte wie frische Meeresfrüchte. Ihre Verwendung ist jedoch aufgrund ihrer Verfügbarkeit und Kosten begrenzt.

Kohlenstoffmonoxid

Einige MAP-Verpackungen für rotes Fleisch enthalten eine geringe Konzentration von Kohlenstoffmonoxid (z.B. <0,4%). Dieses Gas reagiert mit Myoglobin, einem Protein, das für die rote Farbe des Fleisches verantwortlich ist. Ihre Reaktion bildet Carboxymyoglobin, ein leuchtend rotes Pigment, das stabiler und optisch sogar noch ansprechender ist als Myoglobin. Außerdem: Die Anwesenheit von CO in der Verpackung von rotem Fleisch hemmt die Oxidation von Lipiden, was die Haltbarkeit erhöht und den Geschmacksverlust verringert.

Die Verwendung von Kohlenstoffmonoxid ist umstritten, da die Substanz für den Menschen giftig ist. Die Konzentration von CO in MAP-Verpackungen ist jedoch sehr gering, was auch das Gefahrenpotenzial minimiert (dieses Argument gilt für Verbraucher, nicht unbedingt für Fabrikarbeiter in der Fleischindustrie). Dennoch ist der Einsatz in Lebensmittelverpackungen in der EU, Japan und einigen anderen Ländern verboten. In den Vereinigten Staaten ist die Verwendung von CO innerhalb bestimmter Schwellenwerte erlaubt, aber es muss auf der Verpackung klar gekennzeichnet sein.

Beispiele für Schutzgasgemische für verschiedene Produkte

Diese Gasgemische sind nur Beispiele. Die meisten der nachfolgenden Begriffe beschreiben eine ganze Kategorie von Produkten, sodass es sich hierbei um Vereinfachungen handelt. Individuelle Gasgemische können davon abweichen.

	Sauerstoff (%)	Kohlenstoffdioxid (%)	Stickstoff (%)
Rotes Fleisch	70	30	–
Geflügel	20	30	50
Schweinesteak	50	20	30
Fisch	–	60	40
Hartkäse	–	100	–
Weichkäse	–	30	70
Brot	–	50	50
Frische Pasta	–	50	50
Obst & Gemüse	5	5	90
Verzehrfertige Salate	20	30	50
Kaffee	–	–	100
Flüssige Lebensmittel und Getränke	–	–	100
Kohlensäurehaltige Getränke	–	100	–

Arten von MAP-Verpackungen

Es gibt 2 allgemeine Arten von MAP-Verpackungen, die als aktive MAP-Verpackungen und passive MAP-Verpackungen bezeichnet werden.

Verwendete Materialien in MAP-Verpackungen

Polyethylen (PE), das in der Verpackungsindustrie am häufigsten verwendete Kunststoffmaterial, existiert in drei Hauptvarianten:

	Molekularstruktur	Eigenschaften	Anwendungen
Polyethylen hoher Dichte (HDPE)	Linear	Steif, undurchsichtig	Trays, Flaschen
Polyethylen niedriger Dichte (LDPE)	Verzweigt	Flexibel, durchsichtig	Folien, Schrumpfolien, Stretchfolien, Pouches
Lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE)	Linear	Flexibel, durchsichtig	Folien, Beutel, Säcke, Stretchfolie

Alle Arten von PE haben eine niedrige Gasbarriere, aber ausgezeichnete Wassersperreigenschaften. Da MAP-Verpackungen eine Anwendung mit hohen Anforderungen bezüglich der Gasbarriere sind, wird PE typischerweise in Kombination mit einem anderen Material verwendet. Bestimmte Arten von modifiziertem PE werden manchmal für verbesserte Eigenschaften der Heißsiegelschicht hinzugefügt. Dazu gehören Verbundstoffe mit Aluminium.

Polyamid (PA), besser bekannt als Nylon, hat eine hohe Zugfestigkeit, Durchstoß- und Abriebfestigkeit sowie Gasbarriere-Eigenschaften. Es wird unter anderem in Vakuumbeuteln für frisches Fleisch verwendet. Um die gewünschten Eigenschaften der Heißsiegelschicht zu erreichen, wird es in der Regel mit PE laminiert.

Polyethylenterephthalat (PET) ist das am meisten verbreitete Polyester, das in Lebensmittelverpackungen verwendet wird. Folien aus flexiblem PET werden als Beutel oder Abdeckfolien für Trays verwendet. Sie weisen ausgezeichnete Gas- und Feuchtigkeitsbarriere-Eigenschaften, hohe Steifigkeit, gute optische Eigenschaften (hohe Transparenz) und Temperaturbeständigkeit auf. Aufgrund seiner höheren Glasübergangstemperatur wird das undurchsichtige kristallisierte PET (CPET) in mikrowellengeeigneten Verpackungen für Fertiggerichte verwendet.

Polypropylen (PP) hat gute Feuchtigkeits-, aber schlechte Gasbarriere-Eigenschaften. Es kann in flexiblen, starren und halbstarren Verpackungen verwendet werden. PP ist mikrowellengeeignet, solange darin fettarme Lebensmittel erhitzt werden. In Gegenwart von fetthaltigen Lebensmitteln würde eine PP-Verpackung jedoch zu heiß werden, wenn sie in der Mikrowelle erhitzt wird.

Expandiertes Polystyrol (EPS), besser bekannt als Styropol, hat schlechte Gasbarriere-Eigenschaften. Wenn es jedoch mit EVOH laminiert wird, kann es als strukturelle Schicht in vorgeformten Bodenschalen für MAP-Verpackungen verwendet werden.

Polyvinylchlorid (PVC) ist ein öl- und fettbeständiges MAP-Verpackungsmaterial mit ausgezeichneten Verarbeitungseigenschaften. Es wird häufig in Kombination mit PE verwendet, um Bodenschalen mit den erforderlichen Heat-Seal-Eigenschaften zu thermoverformen. Bestimmte organische Lösungsmittel können jedoch PVC erweichen und seine Gasbarriere-Eigenschaften beeinträchtigen. Daher müssen die Verpackungen angemessen gelagert und gehandhabt werden, um eine Kontamination zu vermeiden.

Polyvinylidenchlorid (PVDC) ist ein Copolymer aus Vinylchlorid und Vinylidenchlorid. Es hat hervorragende Gas-, Feuchtigkeits- und Aromabarriere-Eigenschaften und gilt daher als eines der besten Barrierematerialien für Lebensmittelverpackungen. Es ist beständig gegen Öl, Fette, organische Lösungsmittel und hohe Temperaturen. Seine Eigenschaften bleiben auch in Anwesenheit von Feuchtigkeit sehr stabil. Es gibt jedoch derzeit keine etablierte Recyclingmethode für PVDC und das Material verstärkt den gelblichen Farbton in Lebensmittelverpackungen.

Innovative MAP-Verpackungsmaterialien von Kuraray

EVAL™ EVOH

Ethylenvinylalkohol (EVOH) ist ein Copolymer aus Polyvinylalkohol (PVOH) und Ethylen. Während PVOH eine ausgezeichnete Gasbarriere bildet, ist es anfällig für Feuchtigkeit. Deshalb ist das feuchtigkeits- und lösungsmittelbeständigere EVOH das bevorzugte MAP-Verpackungsmaterial. EVOH zeichnet sich auch durch eine hohe mechanische und thermische Stabilität aus. EVAL™ EVOH ist der Markenname der von Kuraray produzierten Ethylenvinylalkohol-Copolymere (EVOH). Dieses Material ist gut geeignet für verschiedene Papier- und Kunststoffverpackungsanwendungen.

Ein Beispiel für eine konzeptionelle Struktur einer solchen Verpackung: Polypropylen / EVOH / Polypropylen. Der Herstellungsprozess umfasst die Coextrusion von Gussfolien bei sehr niedrigen Temperaturen in Kombination mit Wasserabkühlung oder der Chill-Roll-Abkühlungsmethode. PP ist eine bessere Wasserbarriere als Polyethylen (PE). Darüber hinaus hat die Mehrschichtstruktur mit PP eine bessere Kälteschlagfestigkeit als MAP-Trays mit einer konventionellen Polyethylenterephthalat (PET)-Monoschicht. Eine ein Millimeter dünne EVAL™ EVOH-Folie, laminiert auf einem anderen wasserbarrierebildenden Polymer wie PP, kann eine funktionelle Barriere erzeugen, die einer zehn Meter dicken Polyethylenwand entspricht. Eine solche Mehrschichtlösung kann hochtransparente bis weiße recycelbare Trays bilden und PVDC in MAP-Verpackungsanwendungen ersetzen. Indem man eine Barriere aus innovativem EVAL™ SC-Harz zwischen zwei Schichten PE einsetzt, kann man einen Schrumpfbeutel für frisches Rindfleisch herstellen, der sowohl hochtransparent als auch recycelbar ist.

PLANTIC™

PLANTIC™ ist eine von Kuraray entwickelte Hochleistungsfolie, die zu mehr als 80% aus erneuerbaren Rohstoffen besteht. Sie wird aus thermoplastischer Stärke hergestellt und ist biologisch abbaubar und kompostierbar (Heim- und Industriekompostierung). Aufgrund ihrer exzellenten Gasbarriereeigenschaften eignet sich dieser Biokunststoff von Kuraray für Verpackungen, die Aromen bewahren und effektiv Sauerstoff abhalten sollen. PLANTIC™ eignet sich daher ideal für MAP-Verpackungen für Lebensmittel mit kurzer Haltbarkeit sowie für Verpackungslösungen für Trockenprodukte wie Kaffee, Tee und Tierfutter. PLANTIC™ ist in der Regel mit einer Schicht aus Polyethylenterephthalat (PET) und Polyethylen (PE) als Feuchtigkeitsbarriere und Heißsiegelschicht überzogen.

Beispiel für eine konzeptionelle Struktur für solche Verpackungen: Polyethylenterephthalat / PLANTIC™ / Polyethylenterephthalat oder Polyethylen. Zur Herstellung das Trays werden Trockenlaminierung und Extrusionsbeschichtung verwendet. In der Nahinfrarotspektroskopie (NIR) haben PLANTIC™-Barrierefilme eine eindeutige Signatur, so dass die Trays auf der Grundlage regionaler Anforderungen jedem Sortierstrom zugeordnet werden können. PLANTIC™ wird als Monoschichtfolie für die Laminierung oder Extrusionsbeschichtung hergestellt. Einmal im Recyclingprozess weggespült, ist PLANTIC™ in der Kläranlage biologisch abbaubar und verursacht keinerlei Kontamination mit Mikroplastik.

Sind Sie an unseren innovativen Materialien für MAP-Verpackungen interessiert? Zögern Sie nicht, kontaktieren Sie uns und fragen Sie nach EVAL™ EVOH oder PLANTIC™:

Wie man das richtige Material auswählt

Die Eignung von Materialien in MAP-Verpackungen hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter:

• Zulassung für den Kontakt mit Lebensmitteln
• Gas- und Feuchtigkeitsbarriereeigenschaften
• Mechanische Eigenschaften (z.B. Wärmeversiegelung, Durchstoßfestigkeit, Zugfestigkeit)
• Chemische Resistenz (z.B. gegen Öle, Fette, organische Lösungsmittel)
• Optische Eigenschaften
• Antifogging-Eigenschaften
• Verarbeitbarkeit
• Kosten und Verfügbarkeit
• Rechtsstatus (regional unterschiedlich)
• Recyclingfähigkeit

Die Verpackungsexperten von KURARAY beraten Sie gerne.

Ob die modifizierte Atmosphärenverpackung wirtschaftlich sinnvoll ist, hängt letztendlich von der erhöhten Haltbarkeitsdauer eines verderblichen Produkts im Vergleich zu den Kosten der Verpackung ab.

Unsere Experten beraten Sie gerne.

Maschinen für MAP-Verpackungen

Es gibt im Wesentlichen 3 Arten von Maschinen, die bei MAP eingesetzt werden:

1. Thermoformmaschinen für MAP-Verpackungen
2. Vakuum-Skin-Verpackungsmaschinen
3. Schlauchbeutel-Verpackungsmaschinen

Im folgenden Abschnitt werden wir sie kurz vorstellen.

Ist Verpackung unter Schutzatmosphäre sicher?

Laut dem deutschen Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) stellen die Schutzgase in der MAP-Verpackung von Fleischprodukten kein zusätzliches Risiko für die Gesundheit der Verbraucher dar. Beachten Sie, dass die Verwendung von Kohlenstoffmonoxid in Lebensmittelverpackungen in Deutschland verboten ist.

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