Wie Forscher der UGA mit Biokunststoffen aus Quallen nachhaltige Verpackungen neu definieren

Im Kampf gegen die weltweite Plastikkrise wendet sich Joinul Islam, Doktorand und wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Lebensmittelwissenschaft und -technologie (FST) der University of Georgia (UGA), einer ungewöhnlichen Quelle zu: dem Ozean. Unter der Leitung von Dr. Kevin Mis Solval entwickelt Joinul intelligente, biologisch abbaubare Biokunststoffe, die aus dem Kollagen von Quallen gewonnen werden.

Doch um einen Meeresorganismus in ein funktionsfähiges und intelligentes Verpackungsmaterial für Lebensmittel zu verwandeln, bedarf es mehr als nur innovativer Chemie – es erfordert höchste technische Präzision. Um sicherzustellen, dass diese biobasierten Folien Lebensmittel tatsächlich vor dem Verderben schützen können, setzt Joinul auf den AQUALAB VSA (Vapor Sorption Analyzer) und die WVTR-Zelle (Water Vapor Transmission Rate).

Das Mikroplastikproblem lösen

Herkömmliche Kunststoffe sind ein zweischneidiges Schwert: Sie schützen Lebensmittel hervorragend, verbleiben aber jahrhundertelang in der Umwelt. Joinuls Forschung zielt darauf ab, diesen Kreislauf zu durchbrechen, indem essbare, biologisch abbaubare Alternativen entwickelt werden.

„Das Hauptziel meiner Forschung ist es, einen biologisch abbaubaren Biokunststoff aus Quallenkollagen zu entwickeln“, erklärt Joinul. „Wir wissen, dass das Mikroplastikproblem derzeit enorm ist. Durch die Verwendung von aufgeschlossenem Quallenkollagen (Gelatine) können wir Biokunststofffolien herstellen, die nicht nur nachhaltig, sondern auch für die Lebensmittelverpackungsindustrie geeignet sind.“

Damit sich Biokunststofffolien jedoch auf dem Markt durchsetzen können, müssen sie ihre Feuchtigkeitsbarriereeigenschaften unter Beweis stellen. Ist eine Folie zu „atmungsaktiv“, verderben die darin verpackten Lebensmittel. Hier beginnt die Herausforderung bei der Messung des WVTR.

Manuelle Fehler vermeiden

Bevor sie die AQUALAB-Technologie einführten, hatten Joinul und sein Team mit den Schwierigkeiten der herkömmlichen ASTM E96-Methode zu kämpfen, einem manuellen und langsamen gravimetrischen Verfahren, das bekanntermaßen sehr arbeitsintensiv ist.

„Früher haben wir die herkömmliche Methode angewendet, bei der man einen Becher verwendet, diesen mit Wachs versiegelt und ihn stündlich oder alle paar Stunden wiegt“, sagt Joinul. „Es ist sehr schwierig, mit Wachs eine perfekte Abdichtung zu erzielen, und schon bei einem winzigen Leck sind die Daten unbrauchbar. Außerdem muss man alles manuell aufzeichnen, was Raum für menschliche Fehler lässt.“

In einem Forschungsumfeld, in dem viel auf dem Spiel steht und die Genauigkeit der Daten über den Erfolg einer Veröffentlichung oder eines Patents oder das Scheitern eines Experiments entscheidet, stellten diese manuellen Variablen einen erheblichen Engpass dar.

Präzision und Automatisierung mit dem VSA

Durch die Integration des mit der WVTR-Zelle ausgestatteten AQUALAB VSA hat das UGA-FST-Labor seinen Arbeitsablauf grundlegend verändert. Das VSA dient als Hauptmessgerät und sorgt für eine kontrollierte Umgebung, in der Feuchtigkeit und Temperatur konstant gehalten werden, während die WVTR-Zelle die spezifischen Daten liefert, die Joinul zur Bewertung seiner Biokunststofffolien benötigt.

Der Übergang vom manuellen zum automatisierten Testen brachte drei wesentliche Vorteile mit sich:

1. Keine manuellen Fehler mehr: Die WVTR-Zelle verfügt über eine spezielle Konstruktion, die eine perfekte Abdichtung gewährleistet, ohne dass umständliches Wachs oder manuelle Handhabung erforderlich sind.
2. Datenerfassung und -synchronisierung: Jeder Datenpunkt wird automatisch erfasst. „Das Beste daran ist die Automatisierung“, bemerkt Joinul. „Ich kann die Parameter einstellen, das System laufen lassen und finde dann einen vollständigen Datensatz vor, der synchronisiert und zur Analyse bereit ist. Ich muss nicht über Nacht im Labor bleiben, um Messungen vorzunehmen.“
3. Unübertroffene Genauigkeit: Die VSA misst Gewichtsveränderungen auf den Bruchteil eines Milligramms genau und bietet damit eine Präzision, mit der manuelle Waagen einfach nicht mithalten können.

„Mit dem AQUALAB-System habe ich mehr Vertrauen in meine Ergebnisse. Es beseitigt die Unsicherheiten des manuellen Verfahrens und ermöglicht es mir, mich auf die wissenschaftlichen Aspekte der Folie selbst zu konzentrieren, anstatt auf die technischen Details des Tests.“ – Joinul Islam, University of Georgia

Vom Forschungslabor zur industriellen Realität

Da Joinul sich nun in der Endphase seiner Doktorarbeit befindet, ist es sein Ziel, dass diese Biokunststofffolien auf Quallenbasis in praktischen Verpackungsanwendungen zum Einsatz kommen, etwa für Snacks oder Trockenlebensmittel, die eine mäßige Feuchtigkeitsbarriere benötigen.

Durch die Verbindung innovativer Meereswissenschaften mit der technischen Präzision der AQUALAB-Technologie beweist die University of Georgia, dass die Zukunft der Verpackungen grün und essbar ist – und dank präziser Daten wissenschaftlich fundiert.

Steigern Sie die Präzision Ihres Labors

Ganz gleich, ob Sie als Wissenschaftler die Grenzen der Biomaterialien erweitern oder als F&E-Experte im Verpackungsbereich nach nachhaltigen Alternativen zu Kunststoffen suchen – die richtigen Werkzeuge machen den Unterschied. Der AQUALAB VSA eliminiert manuelle Schwankungen, sodass Sie sich ganz auf die Wissenschaft konzentrieren können, auf die es ankommt.

Möchten Sie erfahren, wie AQUALAB Ihre Forschung optimieren kann? Sprechen Sie noch heute mit einem Experten, um mehr über unsere automatisierten Lösungen zur Feuchtigkeitsanalyse zu erfahren.
‍
‍