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Interview: „Aktive Nanokomposite könnten anzeigen, wenn Lebensmittel verdorben sind“

In dem Projekt ActiN entwickelt und erforscht Prof. Dr. Tobias Kraus vom Leibniz-Institut für Neue Materialien sogenannte aktive Nanokomposite. Durch ihre spezielle Zusammensetzung sind diese Verbindungen in der Lage, auf bestimmte Stoffe in ihrer Umgebung zu reagieren. Wir sprachen mit Prof. Dr. Kraus darüber, was das Besondere an aktiven Nanokompositen ist, was sie beispielsweise in Lebensmittelverpackungen leisten könnten und welche weiteren Aspekte in dem Zusammenhang eine Rolle spielen. 


Prof. Dr. Tobias Kraus
ist Professor für Kolloid- und Grenzflächenchemie an der Universität des Saarlandes.
Am Leibniz-Institut für Neue Materialien (INM) leitet er den Programmbereich Strukturbildung. Hier untersucht er, wie Eigenschaften von Nano-Materialien von ihrer Struktur abhängen und wie man diese verändern kann, um sie zielgerichtet einsetzen zu können.                                        (Foto: Leibniz-Institut für Neue Materialien, INM)

Herr Professor Kraus, was kann man sich unter aktiven Nanokompositen vorstellen? Woraus bestehen diese Materialien und wie sind sie aufgebaut?

Solche Komposite kann man sich wie Rosinenbrötchen vorstellen: Der größte Teil besteht statt aus Hefeteig aus einem weichen Polymer oder Hydrogel, also einem Polymer mit sehr viel Wasser. Darin eingebettet sind statt der Rosinen kleine Tropfen aus Flüssigkeit; das kann ein Öl sein oder – und daran arbeiten wir – Wasser.

In diesen Tropfen schwimmen kleine Partikel, die auf bestimmte Moleküle reagieren.
Das können zum Beispiel sehr kleine Metall-Kugeln aus Gold sein, die sich im Tropfen frei bewegen können.

Wie funktionieren diese aktiven Nanokomposite? 

Wenn bestimmte Moleküle an die Partikel kommen, beginnen die Partikel sich anzuziehen. Sie klumpen zusammen. Dadurch ändert sich die Farbe und das Material wird insgesamt trüber.

Was könnten die Materialien im Bereich der Lebensmittelverpackungen leisten?

Sie könnten als Teil der Verpackung direkt anzeigen, wenn Lebensmittel verdorben sind. Dann würde sich die Farbe der Folienverpackung zum Beispiel ändern.

Angenommen, die Stoffe werden in Verpackungen für Lebensmittel eingesetzt - könnten sie sich herauslösen und ins Lebensmittel übergehen? 

Es muss auf jeden Fall verhindert werden, dass sich die Partikel oder die Flüssigkeit, aus denen die Tropfen bestehen, aus den „Rosinen“ entfernen, denn sonst funktioniert das Konzept nicht.

Aber auch für den Fall von Beschädigung müssen wir sicherstellen, dass die Inhalte keine gesundheitliche Gefährdung bedeuten. Dazu kooperieren wir mit Kolleginnen am Leibniz-Institut für Neue Materialien (INM), die – zum Beispiel im Kontext des Leibniz-Verbundes Nanosicherheit und verschiedener EU-Projekte – schon bei der Materialentwicklung solche Gefahren einschätzen und ausschließen („safe by design“).
 

Welche anderen Anwendungsbereiche sind denkbar für solche aktiven Nanokomposite? 

Je nach Molekül, auf das die Partikel reagieren, könnte man auch versuchen, Krankheitserreger (die bestimmte Biomarker abgeben), allgemein Giftstoffe oder unerlaubte Substanzen nachzuweisen.
 

Wie ist der Stand der Forschung? Wann könnten diese Nanokomposite tatsächlich einsetzbar sein, z. B. in Lebensmittelverpackungen?

Es existiert bereits eine Reihe von Partikeln, die auf Moleküle reagieren, sie werden z. B. in Schwangerschaftstests eingesetzt. Die Einbettung in ein „aktives Komposit“ aber ist noch Grundlagenforschung. Erfahrungsgemäß dauert es in der Größenordnung von 10 Jahren, bis die Ergebnisse im Markt ankommen.
 

Und wie sieht es mit der Entsorgung aus? Könnten die Verpackungen in der Wertstoffsammlung entsorgt und wiederverwertet werden? 

Das ist unser Ziel. Zur Frage des „recycling-orientierten“ Designs haben wir in den letzten Jahren verschiedene Projekte begonnen und werden auch die aktiven Komposite untersuchen. Ein Aspekt könnte sein, möglichst wenig eingeschlossene Partikel zu verwenden und das Material so zu gestalten, dass diese, falls sie während des Recyclings nicht abgetrennt werden, nicht stören.
 

Welchen Beitrag können die aktiven Nanokomposite in Verpackungen aus Ihrer Sicht leisten, wenn es darum geht, Lebensmittelverschwendung zu reduzieren? 

Dazu bin ich kein Experte, habe aber aus eigener Anschauung das Gefühl, dass man bei Unsicherheit ein Lebensmittel eher entsorgt als ein Risiko einzugehen. Eine Verpackung, die tatsächlich gesundheitsrelevanten Verderb anzeigt, könnte den Verbraucher beruhigen und insgesamt dazu führen, dass weniger Lebensmittel „vorsichtshalber“ entsorgt werden.
 

Herr Prof. Dr. Kraus, vielen Dank für die Beantwortung unserer Fragen.


 

Äußerungen unserer Gesprächspartner geben deren eigene Auffassungen wieder. Das Nanoportal Baden-Württemberg macht sich Äußerungen seiner Gesprächspartner in Interviews und Diskussionen nicht zu eigen.

(Februar 2021)

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