26 maart 2013, Gent ir. Nanou Peelman · 2013-11-19 · Seminarie ”Verwerking en toepasbaarheid van bioplastics voor het verpakken van levensmiddelen” , dinsdag 26 maart, Gent

IWT-CO project 095062:Toepasbaarheid van bioplastics voor het (MAP)

verpakken van levensmiddelen

26 maart 2013, Gent

ir. Nanou Peelman

http://www.foodscience.ugent.be/node/129


Seminarie ”Verwerking en toepasbaarheid van bioplastics voor het verpakken van levensmiddelen” , dinsdag 26 maart, Gent

Agenda

• Inleiding

• Doel van het project

• Overzicht resultaten project• Werkpakket 1: materiaalkarakterisatie

• Werkpakket 2: bewaarproeven

• Werkpakket 3: migratie testen - bedrukbaarheidstesten

• Werkpakket 4: case studies

• Conclusie

2


Wat zijn bioplastics?

3

Bio-PE, Bio-PET,…

PLA, starch,

cellulose,…

PE, PP, PET, PS,…

Ecoflex,…

Biogebaseerd

Composteerbaar

Niet-biogebaseerd

Niet-

composteerbaar


Verpakkingsmaterialen op basis van hernieuwbare bronnen

• Van gerecycleerde materialen

• Van plantaardige oorsprong

– Vezels: bagasse, bamboo,…

– Synthetisch (‘bioplastics’)

• Gebaseerd op polymeren van natuurlijke oorsprong: vb. zetmeel, cellulose

• Gebaseerd op monomeren van natuurlijke oorsprong: vb. PLA

• Geproduceerd door micro-organismen: vb. PHA

4


Bioplastics en bescherming

• Barrières (gassen en water) niet optimaal:

5

Bagasse Cellulose Zetmeel PLA PHBH

O2-barrière

- + + - +

H2O-barrière

- - - - -


‘Klassieke’ plastics en bescherming

• Barrières (gassen en water) niet optimaal:

6

PE PET EVOH PA PS

O2-barrière

- +/- + +/- -

H2O-barrière

+ +/- - - -

Gebruik van multilaags plastics


Agenda

• Inleiding






• Conclusie

7


IWT – Collectief Onderzoek 095062

• Collectief onderzoek (IWT) aangevraagd door Pack4Food: toepassingen van bioplastics voor het verpakken van levensmiddelen

– Studie van de houdbaarheid van verschillendegroepen levensmiddelen in multilaagsbioplasticsfolies, gaande van kort houdbare (vb. vers vlees) tot lang houdbare (vb. koekjes) levensmiddelen.

– Informeren over de mogelijkheden van de nieuwegeneratie bioplastics.

8



• Projectleider: Prof. dr. ir. Peter Ragaert• Uitvoerders:

• Personeel:– Ir. Nanou Peelman: 24 mm

• [email protected]• Tel: 09 264 61 41; fax: 09 225 55 10

– Elien Verguldt: 6 mm• Vier werkpakketten (WP)• Projectduur: 1 september 2010 – 31 augustus 2012

9

Prof. dr. ir. Frank Devlieghere Prof. dr. ir. Bruno De Meulenaer

mailto:[email protected]





• Gebruikersgroep: 22 bedrijven + 6 onderzoeksinstellingen

10

•ANL Plastics•A. Schulman•Bastin-Pack•BPI.Formipac•Brackenier•Carrefour•Colruyt•Cornelis Plastics•Euralpack•EVAL Europe•Lima•Lotus

• Imperial Meat Products• Moonen Packaging• Packas• Roychem• Segers & Balcaen• Ter Beke• Vanelo• ViskoTeepak• Vitra• Xylophane

• LFMFP• NutriFoodChem• HoGent –CPMT• VKC• BVI• Verpakkingscentrum


Agenda

• Inleiding






• Conclusie

11


Werkpakket 1: materiaalkarakterisatie

12

• Uitgebreide tabel met parameters belangrijk voor het verpakken van levensmiddelen• Via technische fiche of via metingen• Metingen: Permeabiliteit O2 en H2O + dikte: Verpakkingscentrum Sealbaarheid (hot tack): BVIMechanische resistentie (treksterkte, modulus,

elongatie): HoGent (CPMT)


Werkpakket 1: materiaalkarakterisatie

13

Materiaal Merknaam

Cellulose/zetmeel Natureflex™ type 1

Gemetalliseerde(M) cellulose/zetmeel Natureflex™ type 2

Cellulose/PLA Natureflex™ type 1/PLA

Cellulose/M/PLA Cellophane™/M/PLA

Multilaags PLA Bioska

Gemetalliseerde PLA Nativia™

3-laags PLA blend coex Ecoflex+Ecovio/Ecovio/Ecoflex+Ecovio

Papier/AlOx/PLA

PHB/Ecoflex

Xylaan gebaseerde coating Skalax

PLA schaal Uit Ingeo


WP1: Overzicht barrière eigenschappen

14

Goede barrière materialen(< 10 cc/m2.d )

Medium barrière materialen (10 cc/m2.d <x> 100 cc/m2.d )

Lage barrière materialen(> 100 cc/m2.d )

Cellulose/zetmeel MPLA 3-laags PLA-blend coex

Mcellulose/zetmeel Papier/AlOx/PLA Multilaags PLA

Cellulose/M/PLA Cellulose/PLA PHB/Ecoflex

Xylaan gebaseerde coating PLA schaal

1. O2 - barrière


WP1: Overzicht barrière eigenschappen

15

2. H2O - barrière

Goede barrière materialen (< 10 g/m2.d )

Medium barrière materialen(10 g/m2.d <x> 100 g/m2.d )

Lage barrière materialen(> 100 g/m2.d )

Mcellulose/zetmeel Cellulose/zetmeel 3-layer PLA-blend coex

MPLA Cellulose/PLA Multilaags PLA

Cellulose/M/PLA PHB/Ecoflex

Papier/AlOx/PLA Xylaan gebaseerde coating

PLA schaal


Werkpakket 1

16

PLA schaal uit IWT Era-SME project 0100405: “Realisatie van biopolymeer gebaseerde duurzame producten door optimalisatie van ontwerp, matrijs en proces” (HoGenten TUDelft)


Materialen

17

3-laags PLA blend coexMPLA

Papier/AlOx/PLA

Mcellulose/zetmeelXylaan gebaseerde coating AXylaan gebaseerde coating B


Materialen

18

Multilaags PLA Cellulose/zetmeel

Cellulose/PLA

Cellulose/PLA

PHB/Ecoflex Cellulose/M/PLA


Conclusie WP 1

19

• Grote variatie in filmkarakteristieken• Geschikt als verpakkingsmateriaal voor verschillende soorten levensmiddelen (kort, medium en lang houdbaar)


Agenda

• Inleiding






• Conclusie

20


WP2: overzicht bewaartesten

21

Levensmiddel Geselecteerde verpakking

Korte houdbaarheid

(koele bewaring)

Tomaten PLA schaal + Multilaags PLA

Rumpsteak PLA schaal + Cellulose/PLA

Medium houdbaarheid

(koele bewaring)

Hespenworst

Filet de Sax

Cellulose/zetmeel

Mcellulose/zetmeel

PLA schaal + Cellulose/PLA

Hespenworst PLA schaal + Papier/AlOx/PLA

Frieten

Gemalen kaas

Cellulose/zetmeel

Mcellulose/zetmeel

Lange houdbaarheid

(bewaring bij

kamertemperatuur)

Aardappelvlokken Xylaan gebaseerde coating op papier

Mcellulose/zetmeel

Rijstwafels

Tortillachips

Cellulose/M/PLA

Mcellulose/zetmeel

Cellulose/zetmeel

Droge koekjes Cellulose/M/PLA

Cellulose

Cellulose/zetmeel (thuis composteerbaar)*

* Nieuwe versie cellulose/zetmeel film (niet thuis composteerbaar)


WP2: overzicht bewaartesten

22

Levensmiddel Condities Houdbaarheid Analyses

Korte houdbaarheid

(koele bewaring)

Tomaten Air 17 dagen Visueel+organoleptisch

Rumpsteak MAP 8 dagen Microbiologie

Medium

houdbaarheid

(koele bewaring)

Frieten MAP 26 dagen

Microbiologie + chemieHespenworst MAP 29 dagen

Filet de Sax MAP 37 dagen

Gemalen kaas MAP 2 maanden

Lange houdbaarheid

(bewaring bij

kamertemperatuur)

Tortillachips Air 6 maanden

ChemieDroge koekjes Air 30 weken

Rijstwafels Air 12 maanden

Aardappelvlokken MAP 18 maanden




Kort houdbare producten: Tomaten

23

• Resultaten in de bioverpakking werd een gassamenstelling gelijkaardig aan deatmosferische gassamenstelling verkregen (≈ referentie)Er werden geen visuele of organoleptische verschillen geobserveerd

• Conclusie: De bioverpakking laat voldoende O2 and CO2

uitwisseling toe om de tomaten vers te houden gedurende de houdbaarheid (t.o.v. de referentieverpakking)

15

17

19

21

23

25

0 5 10 15 20

%O

2

Dag

O2

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

0 5 10 15 20

%C

O2

Dag

CO2


Kort houdbare producten: rumpsteak

24

• Conclusie: het verlies van rode kleur is de enige limiterende factor voor de houdbaarheid van rumpsteak in de bioverpakking t.o.v. de referentieverpakking

50

55

60

65

70

0 2 4 6 8 10

% O

2

Dag

O2Referentie Cellulose/PLA

____________________________________

15

20

25

30

0 2 4 6 8 10

% C

O2

Dag

CO2Referentie Cellulose/PLA

___________________________________


Medium houdbare producten: Frieten

25

Referentie Cellulose/zetmeel Mcellulose/zetmeel

0

1

2

3

4

0 5 10 15 20 25 30

% O

2

Dag

O2Referentie Cellulose/zetmeel Mcellulose/zetmeel

______________________________________

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30

% C

O2

Dag

CO2Referentie Cellulose/zetmeel Mcellulose/zetmeel


Medium houdbare producten: Frieten

26

• Conclusie: Het gebruik van cellulose/zetmeel en Mcellulose/zetmeel films, in plaatsvan de referentie film, als verpakking voor frieten had geen effect op dehoudbaarheid

0

1

2

3

4

5

6

0 5 10 15 20 25 30

log

KV

E/m

l

Dag

Totaal aëroob kiemgetalReferentie Cellulose/zetmeel Mcellulose/zetmeel

0

1

2

3

4

5

6

0 5 10 15 20 25 30

log

KV

E/m

l

Dag

MelkzuurbacteriënReferentie Cellulose/zetmeel Mcellulose/zetmeel


Medium houdbare producten: Filet de saxe

27

• Conclusie: De houdbaarheid van filet desaxe werd niet beïnvloed door het productte verpakken in (M)cellulose/zetmeel filmsof een PLA schaal met Cellulose/PLA alstopfilm t.o.v. de referentieverpakking

0

0,5

1

1,5

0 10 20 30 40 50

% O

2

Dag

Zakjes: O2Referentie Cellulose/zetmeel Mcellulose/zetmeel

_____________________________________________

0,0

0,5

1,0

1,5

0 10 20 30 40

% O

2

Dag

Schalen: O2Referentie PLA schaal + cellulose/PLA

_____________________________________________


Medium houdbare producten: Hespenworst

28

0

0,5

1

1,5

2

0 10 20 30 40

% O

2

Dag

Zakjes: O2Referentie Cellulose/zetmeel Mcellulose/zetmeel

0

0,5

1

1,5

2

0 10 20 30 40

% O

2

Dag

Schalen: O2Referentie Cellulose/PLA Papier/AlOx/PLA

__________________________________________ _____________________________________________

Film O2 (cc/m2d) Film O2 (cc/m2d)

Referentie <8 (film)20,6 (tray)

PLA schaalPapier/AlOx/PLA

46,845,7

• Conclusie: enkel de cellulose/zetmeel filmhad geen negatief effect op de houdbaarheidt.o.v. de referentieverpakking.


Medium houdbare producten: Gemalen kaas

29

• Conclusie: gemalen kaas kan verpakt worden in(M)cellulose/zetmeel zakjes zonder de houdbaarheid tebeïnvloeden t.o.v. de referentiefilm

0

0,5

1

1,5

2

0 10 20 30 40 50 60 70

% O

2

Dag

O2Referentie Cellulose/zetmeel Mcellulose/zetmeel

0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40 50 60 70

% C

O2

Dag

CO2Referentie Cellulose/zetmeel Mcellulose/zetmeel

______________________________________________


Lang houdbare producten: tortilla chips

30

Referentie Mcellulose/zetmeel Cellulose/zetmeel

30

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0 2 4 6 8

a w

Maand

awReferentie Cellulose/zetmeel Mcellulose/zetmeel

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0 2 4 6 8

a w

Maand

aw

Referentie Cellulose/M/PLA


Tortillachips: Resultaten

31

• Conclusie: De (M)cellulose/zetmeel en de Cellulose/M/PLA films hadden geennegatief effect op de houdbaarheid van tortillachips t.o.v. de referentiefilm.

0

5

10

15

20

0 2 4 6 8

PO

(m

eq

O2/k

g ve

t)

Maand

PeroxidegetalReferentie Cellulose/zetmeel Mcellulose/zetmeel

0

2

4

6

8

10

0 2 4 6 8

FFA

(g

FFA

/10

0g

vet)

Maand

Gehalte vrije vetzurenReferentie Cellulose/zetmeel Mcellulose/zetmeel

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 2 4 6 8

MD

A (

µg/

g)

Maand

Malondialdehyde

Referentie Cellulose/zetmeel Mcellulose/zetmeel


Lang houdbare producten: Droge koekjes

3232

• Case studie• Kleine gaatjes in cellulose/zetmeel film (te dik)• Verpakken met cellulose/M/PLA mislukt

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0 2 4 6 8

a w

Maand

awReferentie Cellulose/zetmeel Cellulose

• Resultaten bedrijf (na 1 maand bij 25°C en 60% RH): individuele verpakkingen: referentie → OK (+2%), biofilms → te hoog vochtgehalte (cellulose: +4% / cellulose/zetmeel: +6%) bundle pack: groot verschil tussen referentie en cellulose ↔ cellulose/zetmeel

• Resultaten UGent (in bundle pack):

•Conclusie: beide biofilms komen niet in aanmerking voor het verpakken van droge koekjes (te lage waterbarrière en/of lekken aan lasnaden)


Lang houdbare producten: Rijstwafels

33

• Conclusie: de (M)cellulose/zetmeel films behouden de kwaliteit van de rijstwafelsin vergelijking met de referentie film.

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 5 10

a w

Maand

awReferentie Cellulose/zetmeel Mcellulose/zetmeel

• test met cellulose/M/PLA werd afgebroken na 3 maanden → niet krokant meer (ook referentie niet)


Lang houdbare producten: aardappelvlokken

3434

• Xylophane A zakken: lek doordat er product tussen de lasnaad bleef zitten

• Conclusie: de Mcellulose/zetmeel film beschikt over een gelijkaardige barriere alsde referentie en lijkt de houdbaarheid van de aardappelvlokken niet te beïnvloeden

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 3 6 9 12

% O

2

Maand

O2Referentie Cellulose/zetmeel

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 3 6 9 12

a w

Maand

awReferentie Mcellulose/zetmeel


Overzicht

35

Levensmiddel Verpakking

ParameterFysico-chemisch Microbieel Chemisch Organoleptisch

Per

mea

bili

teit

Kle

ur

pH

-a w

TAK

, MZB

,G&

S

MD

A; P

O, F

FA

Geu

r

Kle

ur

Smaa

k

TomatenPLA schaal + multilaags PLA zonder perforaties X / / / / X V

PLA schaal + multilaags PLA met perforaties V / / / / V V

Rumpsteak PLA schaal + Cellulose/PLA film V V V /

FrietenCellulose/zetmeel V / V V V V

Mcellulose/zetmeel V / V V V V

Hespenworst

Cellulose/zetmeel V V V V V V V

Mcellulose/zetmeel V V V V V X X

PLA schaal + Cellulose/PLA film V X V V V

PLA schaal + Papier/AlOx/PLA film V X V V V X

Filet de saxe

Cellulose/zetmeel V V V V V V V

Mcellulose/zetmeel V V V V V V V

PLA schaal + Cellulose/PLA film V V V V V V V

Gemalen kaasCellulose/zetmeel V V V V / V V

Mcellulose/zetmeel V V V V / V


Overzicht

36

Levensmiddel Verpakking

Parameter

Fysico-chemisch Microbieel Chemisch Organoleptisch

Per

mea

bili

teit

Kle

ur

pH

-a w

TAK

,MZB

,S&

G

MD

A; P

O, F

FA

Geu

r

Kle

ur

Smaa

k

Tortillachips

Cellulose/zetmeel / / / / /

Mcellulose/zetmeel / / / / /

Cellulose/M/PLA / / / / /

Rijstwafels

Cellulose/zetmeel / / / / /

Mcellulose/zetmeel / / / / /

Cellulose/M/PLA / / / / / / / /

Droge koekjes

Cellulose/M/PLA / / / / / / / /

Cellulose/zetmeel (thuis composteerbaar)*** / / / / / / /

Cellulose*** / / / / / / /

Aardappelvlokken

Mcellulose/zetmeel / / **** / / /

Xylaan gebaseerde coating op papier / / / / / / /

***: enkel aw

****: hexanal i.p.v. PO en FFA


Conclusie werk pakket 2

•voldoende O2 en CO2 barrière om MAP teverpakken•vochtbarrière limiteerde de houdbaarheid vanbepaalde levensmiddelen•interactie van het levensmiddel met hetverpakkingsmateriaal geobserveerd (vb. kleur bijhespenworst).

37


Agenda

• Inleiding






• Conclusie

38


Migratie testen: globale migratie

• Globale migratie limiet: 10 mg/ dm2 (EU regulatie 10/2011)

• Testen in 10% ethanol en olijfolie gedurende 10 dagen bij 40°C (volgens EU 10/2011)

39



Migratie in olijfolie

40

Problemen met interne standaard + interferentie met blanco stalen (typisch voor zetmeelhoudende stalen)

• In nieuwe regulatie (EU regulatie 10/2011): geen alternatieve simulant• Volgens FAVV: 95% ethanol en iso-octaan


Migratie in ethanol (10% en 95%)

41

De migratielimiet werd niet overschreden

Film Globale migratie (mg/dm2)10% ethanol 95% ethanol

Cellulose/zetmeel 1,1 ± 0,2 4,0 ± 0,7Mcellulose/zetmeel 1,4 ± 0,2 4,5 ± 0,4Cellulose/PLA 2,8 ± 0,2 8 ± 0,2Cellulose/M/PLA 4 ± 1,1 6,5 ± 0,4Cellulose 2,9 ± 0,3 1,0 ± 0,2Multilaags PLA – niet bedrukt 0,9 ± 0,4 <0 ± 0,1Multilaags PLA – bedrukt 0,2 ± 0,2 <0 ± 0,1PLA schaal <0 ± 0,3 2,2 ± 1,6


Bedrukbaarheidstesten

• 2 verschillende oppervlakten werden bedrukt: cellulose en PLA

• Indien mogelijk werden er testen uitgevoerd op het bedrukte oppervlak (VKC)

42

• Inkt: SunChemical (Saga C Bio Inks) OK Compost (Vincotte):

Elke component: max 1% van het droge stofgehalte van het eindproduct

Totale concentratie: max 5% van het droge stofgehalte van het eindproduct



• Cellulose/zetmeel: zie voorbeeld (samenwerking Lima en Be_Natural)

43



– Trekproef: geen adhesieproblemen

– Tape test: geen inktresidu op de tape

– Bepaling droog gewicht (EN 13432 Packaging):

• Individuele componenten > 0,5%

• Overlappend deel < 5%

44

Conclusie:• Bedrukken beide oppervlakken: OK

• PLA oppervlak: keuze inkt belangrijk

• Multilaags PLA:


Conclusie werkpakket 3

• Migratie: lijkt geen limiterende factor, wel nog niet getest voor alle simulanten.

• Bedrukbaarheid: geen probleem, keuze inkt voor PLA oppervlak belangrijk

45


Agenda

• Inleiding






• Conclusie

46


Opzet

• Geselecteerde films werden getest op verpakkingsmachines bij verschillende bedrijven

• Aanpassingen werden gedaan om een goed gesloten verpakking te bekomen (vnl. sealparameters)

47


Conclusie werkpakket 4

• Verschillende resultaten

• Films liepen vlot over de machines

• Aanpassingen nodig om een goed geslotenverpakking te verkrijgen

• Grote verschillen qua sealtemperatuur opverschillende machines (zelfde film/verschillende case studies)

48


Agenda

• Inleiding






• Conclusie

49


Algemene conclusie project

• Potentieel voor verpakkingsapplicaties,inclusief MAP verpakking

• Aandachtspunten:

– Nood aan zeer goede vochtbarrière, vooral voor langhoudbare producten bij kamertemperatuur(mogelijkheden bio-PE? Mogelijkheden coatings?)

– Sealeigenschappen: instellingenverpakkingsmachines (druk, temperatuur, tijd)mogelijks anders dan bij conventionele verpakkingen

– Evolutie in prijs?

50


Bedankt voor een boeiende samenwerking!

• Dit Collectief Onderzoek (IWT) rond barrière-eigenschappen van bioplastics werd voor 80% gesubsidieerd door IWT

• Dit onderzoek werd financieel ondersteund door 22 bedrijven van de voedings- en verpakkingsindustrie, die tevens zeer actief deelnamen aan dit project

• Universiteit Gent– Prof. Dr. ir. Bruno De Meulenaer

– Prof. Dr. ir. Frank Devlieghere

– Elien Verguldt

• CPMT (HoGent), Belgisch Verpakkingsinstituut (BVI), Verpakkingscentrum, Vlaams Kunststofcentrum (VKC)

Pack4Food VZWCoupure Links 653

9000 Gent

Tel: +32 (0)9 264 99 30 Tel: +32 (0)9 264 99 39

www.Pack4Food.be

Dare to innovate

in food packaging!

Partner of - Member of:

26 maart 2013, Gent ir. Nanou Peelman · 2013-11-19 · Seminarie ”Verwerking en toepasbaarheid van bioplastics voor het verpakken van levensmiddelen” , dinsdag 26 maart, Gent

Documents