Metallionenkoordinierte Filme auf Basis von Kaffiesatz ermöglichen eine multifunktionale Lebensmittelkonservierung

Kürzlich klärte das Team Tropical Crop Origin Processing des Instituts für Verarbeitung der Chinesischen Akademie der Tropischen Landwirtschaftswissenschaften (CATAS) systematisch den regulatorischen Mechanismus, durch den Metallionen die Struktur, die Eigenschaften und die lebensmittelkonservierenden Funktionen von Folien auf Basis von Kaffeesatz beeinflussen, und lieferte neue Impulse für die hochwertige Verwertung von Kaffeesatz sowie die Entwicklung abbaubarer Materialien für die Lebensmittelverpackung.

Als Hauptnebenprodukt der Kaffeeindustrie fallen weltweit jedes Jahr riesige Mengen an Kaffeesatz an, der meist als Abfall deponiert wird und dadurch leicht Umweltprobleme wie Wasserpollution und Methanemissionen verursacht. Es ist anzumerken, dass Kaffeesatz Bestandteile wie Kohlenhydrate, Lignin, Proteine und Lipide enthält und somit eine bislang unzureichend erschlossene Biomassenressource darstellt.

In dieser Studie wurden multifunktionale Lebensmittelverpackungsfolien mit guter Wasserstabilität, antibakteriellen Eigenschaften, UV-Barriere und Flammschutzwirkung erfolgreich durch Auflösung in ionischer Flüssigkeit und Regeneration der Metallionenlösung hergestellt. Zudem legte die Studie den Regulationsmechanismus der Metallionenkoordination auf die Folienstruktur, die mechanischen Eigenschaften und die funktionellen Eigenschaften offen.

Die Ergebnisse zeigten, dass die stabile Koordinationsvernetzungsstruktur, die durch Metallionen und Hydroxylgruppen von Polysacchariden gebildet wurde, das Wasserstoffbrückennetzwerk ersetzte, das ursprünglich leicht durch Wasser zerstört werden konnte, und dadurch die Oberflächenhydrophobie der Folien signifikant erhöhte, die mechanischen Eigenschaften im nassen Zustand deutlich verbesserte und eine Wasserdampfbarriere erreichte, die mit der von Polyethylen niedriger Dichte vergleichbar war. Zudem verliehen bestimmte Metallionen den Folien Funktionen wie UV-Schutz, antibakterielle Wirkung und selbstlöschende Flammhemmung.

Alle Folien mit koordinierten Metallionen könnten innerhalb von 40 Tagen in natürlichem Boden vollständig biologisch abgebaut werden. Bei Experimenten zur Konservierung von Erdbeeren wiesen Erdbeeren, die mit Folien mit koordinierten Zinkionen verpackt waren, im Vergleich zur herkömmlichen Frischhaltefolie aus Kunststoff die niedrigste Fäulnisrate auf, wobei die Gewichtsverlustrate und das Ausmaß der Verweichung signifikant reduziert und die Haltbarkeit deutlich verlängert waren. Die Forschungsergebnisse wurden in Food Chemistry: X unter dem Titel Nachhaltige und multifunktionelle Folien aus Kaffeesatz mit koordinierten Metallionen zur Lebensmittelkonservierung veröffentlicht.

Zhang Shaokai, Assistenzforscher am Institut für Verarbeitung des CATAS, ist Erstautor des Papers. Sheng Zhanwu, Lin Lijing und Liu Yijun, die Forscher, sind gemeinsam korrespondierende Autoren. Die Forschung wurde durch Projekte wie das Nationale Schlüsselprogramm für Forschung und Entwicklung, die Grundforschungsbetriebsausgaben zentraler öffentlicher Wohlfahrtsforschungsinstitute sowie das Wissenschafts- und Technologieinnovationsteam des Nationalen Tropenlandwirtschaftlichen Wissenschaftszentrums der Chinesischen Akademie der Tropenlandwirtschaftswissenschaften finanziert. Paper-Link: https://doi.org/10.1016/j.fochx.2026.103737