IWT-CO project : Toepasbaarheid van bioplastics voor het (MAP) verpakken van levensmiddelen. 26 maart 2013, Gent ir.

Transcriptie

1 IWT-CO project : Toepasbaarheid van bioplastics voor het (MAP) verpakken van levensmiddelen 26 maart 2013, Gent ir. Nanou Peelman

2 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

3 Wat zijn bioplastics? Biogebaseerd Nietomposteerbaar Bio-PE, Bio-PET, PE, PP, PET, PS, PLA, starch, cellulose, Ecoflex, Composteerbaar Niet-biogebaseerd 3

4 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

5 Bioplastics en bescherming Barrières (gassen en water) niet optimaal: Bagasse Cellulose Zetmeel PLA PHBH O 2 - barrière H 2 O- barrière

6 Klassieke plastics en bescherming Barrières (gassen en water) niet optimaal: PE PET EVOH PA PS O 2 - barrière H 2 O- barrière - +/- + +/ / Gebruik van multilaags plastics 6

7 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 7

8 IWT Collectief Onderzoek Collectief onderzoek (IWT) aangevraagd door Pack4Food: toepassingen van bioplastics voor het verpakken van levensmiddelen Studie van de houdbaarheid van verschillende groepen levensmiddelen in multilaagsbioplastics folies, gaande van kort houdbare (vb. vers vlees) tot lang houdbare (vb. koekjes) levensmiddelen. Informeren over de mogelijkheden van de nieuwe generatie bioplastics. 8

9 IWT Collectief Onderzoek Projectleider: Prof. dr. ir. Peter Ragaert Uitvoerders: Prof. dr. ir. Frank Devlieghere Prof. dr. ir. Bruno De Meulenaer Personeel: Ir. Nanou Peelman: 24 mm Tel: ; fax: Elien Verguldt: 6 mm Vier werkpakketten (WP) Projectduur: 1 september augustus

10 IWT Collectief Onderzoek Gebruikersgroep: 22 bedrijven + 6 onderzoeksinstellingen 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 10

11 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 11

12 Werkpakket 1: materiaalkarakterisatie Uitgebreide tabel met parameters belangrijk voor het verpakken van levensmiddelen Via technische fiche of via metingen Metingen: Permeabiliteit O 2 en H 2 O + dikte: Verpakkingscentrum Sealbaarheid (hot tack): BVI Mechanische resistentie (treksterkte, modulus, elongatie): HoGent (CPMT) 12

13 Werkpakket 1: materiaalkarakterisatie 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 13

14 WP1: Overzicht barrière eigenschappen 1. O 2 - barrière Goede barrière materialen (< 10 cc/m 2.d ) Medium barrière materialen (10 cc/m 2.d <x> 100 cc/m 2.d ) Lage barrière materialen (> 100 cc/m 2.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 14

15 WP1: Overzicht barrière eigenschappen 2. H 2 O - barrière Goede barrière materialen (< 10 g/m 2.d ) Medium barrière materialen (10 g/m 2.d <x> 100 g/m 2.d ) Lage barrière materialen (> 100 g/m 2.d ) Mcellulose/zetmeel Cellulose/zetmeel 3-layer PLA-blend coex MPLA Cellulose/PLA Multilaags PLA Cellulose/M/PLA Papier/AlOx/PLA PHB/Ecoflex Xylaan gebaseerde coating PLA schaal 15

16 Werkpakket 1 PLA schaal uit IWT Era-SME project : Realisatie van biopolymeer gebaseerde duurzame producten door optimalisatie van ontwerp, matrijs en proces (HoGent en TUDelft) 16

17 Materialen 3-laags PLA blend coex MPLA Papier/AlOx/PLA Xylaan gebaseerde coating B Xylaan gebaseerde coating A Mcellulose/zetmeel 17

18 Materialen Multilaags PLA Cellulose/zetmeel Cellulose/PLA Cellulose/PLA PHB/Ecoflex Cellulose/M/PLA 18

19 Conclusie WP 1 Grote variatie in filmkarakteristieken Geschikt als verpakkingsmateriaal voor verschillende soorten levensmiddelen (kort, medium en lang houdbaar) 19

20 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 20

21 Korte houdbaarheid (koele bewaring) Medium houdbaarheid (koele bewaring) Lange houdbaarheid (bewaring bij kamertemperatuur) WP2: overzicht bewaartesten Levensmiddel Tomaten Rumpsteak Hespenworst Filet de Sax Hespenworst Frieten Gemalen kaas Aardappelvlokken Rijstwafels Tortillachips Droge koekjes Geselecteerde verpakking PLA schaal + Multilaags PLA PLA schaal + Cellulose/PLA * Nieuwe versie cellulose/zetmeel film (niet thuis composteerbaar) Cellulose/zetmeel Mcellulose/zetmeel PLA schaal + Cellulose/PLA PLA schaal + Papier/AlOx/PLA Cellulose/zetmeel Mcellulose/zetmeel Xylaan gebaseerde coating op papier Mcellulose/zetmeel Cellulose/M/PLA Mcellulose/zetmeel Cellulose/zetmeel Cellulose/M/PLA Cellulose Cellulose/zetmeel (thuis composteerbaar)* 21

22 WP2: overzicht bewaartesten Korte houdbaarheid (koele bewaring) Medium houdbaarheid (koele bewaring) Levensmiddel Condities Houdbaarheid Analyses Tomaten Air 17 dagen Visueel+organoleptisch Rumpsteak MAP 8 dagen Microbiologie Frieten MAP 26 dagen Hespenworst MAP 29 dagen Filet de Sax MAP 37 dagen Gemalen kaas MAP 2 maanden Microbiologie + chemie Lange houdbaarheid (bewaring bij kamertemperatuur) Tortillachips Air 6 maanden Droge koekjes Air 30 weken Rijstwafels Air 12 maanden Aardappelvlokken MAP 18 maanden Chemie 22

23 Kort houdbare producten: Tomaten 25 O 2 2,0 CO ,5 %O %CO 2 1,0 17 0,5 15 0, Dag Dag Resultaten in de bioverpakking werd een gassamenstelling gelijkaardig aan de atmosferische gassamenstelling verkregen ( referentie) Er werden geen visuele of organoleptische verschillen geobserveerd Conclusie: De bioverpakking laat voldoende O 2 and CO 2 uitwisseling toe om de tomaten vers te houden gedurende de houdbaarheid (t.o.v. de referentieverpakking) 23

24 Kort houdbare producten: rumpsteak 70 O 2 Referentie Cellulose/PLA 30 CO 2 Referentie Cellulose/PLA % O % CO Dag Dag Conclusie: het verlies van rode kleur is de enige limiterende factor voor de houdbaarheid van rumpsteak in de bioverpakking t.o.v. de referentieverpakking 24

25 Medium houdbare producten: Frieten O 2 Referentie Cellulose/zetmeel Mcellulose/zetmeel CO 2 Referentie Cellulose/zetmeel Mcellulose/zetmeel 4 60 % O % CO Dag Dag Referentie Cellulose/zetmeel Mcellulose/zetmeel 25

26 log KVE/ml log KVE/ml Medium houdbare producten: Frieten Totaal aëroob kiemgetal Referentie Cellulose/zetmeel Mcellulose/zetmeel Melkzuurbacteriën Referentie Cellulose/zetmeel Mcellulose/zetmeel Dag Dag Conclusie: Het gebruik van cellulose/zetmeel en Mcellulose/zetmeel films, in plaats van de referentie film, als verpakking voor frieten had geen effect op de houdbaarheid 26

27 Medium houdbare producten: Filet de saxe 1,5 Zakjes: O 2 Referentie Cellulose/zetmeel Mcellulose/zetmeel 1,5 Schalen: O 2 Referentie PLA schaal + cellulose/pla 1 1,0 % O 2 % O 2 0,5 0, , Dag Dag Conclusie: De houdbaarheid van filet de saxe werd niet beïnvloed door het product te verpakken in (M)cellulose/zetmeel films of een PLA schaal met Cellulose/PLA als topfilm t.o.v. de referentieverpakking 27

28 Medium houdbare producten: Hespenworst 2 Zakjes: O 2 Referentie Cellulose/zetmeel Mcellulose/zetmeel 2 Schalen: O 2 Referentie Cellulose/PLA Papier/AlOx/PLA 1,5 1,5 % O 2 1 % O 2 1 0,5 0, Dag Dag Film O 2 (cc/m 2 d) Film O 2 (cc/m 2 d) Referentie <8 (film) 20,6 (tray) PLA schaal Papier/AlOx/PLA 46,8 45,7 Conclusie: enkel de cellulose/zetmeel film had geen negatief effect op de houdbaarheid t.o.v. de referentieverpakking. 28

29 Medium houdbare producten: Gemalen kaas % O 2 % CO2 2 1,5 1 0,5 0 O 2 Referentie Cellulose/zetmeel Mcellulose/zetmeel Dag CO 2 Referentie Cellulose/zetmeel Mcellulose/zetmeel Dag Conclusie: gemalen kaas kan verpakt worden in (M)cellulose/zetmeel zakjes zonder de houdbaarheid te beïnvloeden t.o.v. de referentiefilm 29

30 Lang houdbare producten: tortilla chips 0,40 a w Referentie Cellulose/zetmeel Mcellulose/zetmeel 0,40 Referentie a w Cellulose/M/PLA 0,30 0,30 a w 0,20 a w 0,20 0,10 0,10 0, Maand 0, Maand Referentie Mcellulose/zetmeel Cellulose/zetmeel 30

31 MDA (µg/g) PO (meq O 2 /kg vet) FFA (g FFA/100g vet) Tortillachips: Resultaten 20 Peroxidegetal Referentie Cellulose/zetmeel Mcellulose/zetmeel 10 Gehalte vrije vetzuren Referentie Cellulose/zetmeel Mcellulose/zetmeel Maand Malondialdehyde Maand Referentie Cellulose/zetmeel Mcellulose/zetmeel 1 0,8 0,6 0,4 0, Maand Conclusie: De (M)cellulose/zetmeel en de Cellulose/M/PLA films hadden geen negatief effect op de houdbaarheid van tortillachips t.o.v. de referentiefilm. 31

32 Lang houdbare producten: Droge koekjes Case studie Kleine gaatjes in cellulose/zetmeel film (te dik) Verpakken met cellulose/m/pla mislukt 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): a w 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 a w Referentie Cellulose/zetmeel Cellulose Maand Conclusie: beide biofilms komen niet in aanmerking voor het verpakken van droge koekjes (te lage waterbarrière en/of lekken aan lasnaden) 32

33 Lang houdbare producten: Rijstwafels test met cellulose/m/pla werd afgebroken na 3 maanden niet krokant meer (ook referentie niet) 0,6 0,5 0,4 a w Referentie Cellulose/zetmeel Mcellulose/zetmeel a w 0,3 0,2 0, Maand Conclusie: de (M)cellulose/zetmeel films behouden de kwaliteit van de rijstwafels in vergelijking met de referentie film. 33

34 Lang houdbare producten: aardappelvlokken Xylophane A zakken: lek doordat er product tussen de lasnaad bleef zitten 2,5 2 Referentie O 2 Cellulose/zetmeel 0,5 0,4 Referentie a w Mcellulose/zetmeel % O 2 1,5 1 a w 0,3 0,2 0,5 0, Maand 0, Maand Conclusie: de Mcellulose/zetmeel film beschikt over een gelijkaardige barriere als de referentie en lijkt de houdbaarheid van de aardappelvlokken niet te beïnvloeden 34

35 Permeabiliteit Kleur TAK, MZB,G&S MDA; PO, FFA Geur Kleur Smaak Overzicht Parameter Fysico-chemisch Microbieel Chemisch Organoleptisch Levensmiddel Verpakking ph - a w Tomaten PLA 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 / Frieten Cellulose/zetmeel V / V V V V Mcellulose/zetmeel V / V V V V Cellulose/zetmeel V V V V V V V Hespenworst 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 kaas Cellulose/zetmeel V V V V / V V Mcellulose/zetmeel V V V V / V 35

36 Permeabiliteit Kleur TAK,MZB,S&G MDA; PO, FFA Geur Kleur Smaak Overzicht Parameter Fysico-chemisch Microbieel Chemisch Organoleptisch Levensmiddel Verpakking ph - a w Tortillachips Rijstwafels Droge koekjes Aardappelvlokk en Cellulose/zetmeel / / / / / Mcellulose/zetmeel / / / / / Cellulose/M/PLA / / / / / Cellulose/zetmeel / / / / / Mcellulose/zetmeel / / / / / Cellulose/M/PLA / / / / / / / / Cellulose/M/PLA / / / / / / / / Cellulose/zetmeel (thuis composteerbaar)*** / / / / / / / Cellulose*** / / / / / / / Mcellulose/zetmeel / / **** / / / Xylaan gebaseerde coating op papier / / / / / / / ***: enkel a w ****: hexanal i.p.v. PO en FFA 36

37 Conclusie werk pakket 2 voldoende O 2 en CO 2 barrière om MAP te verpakken vochtbarrière limiteerde de houdbaarheid van bepaalde levensmiddelen interactie van het levensmiddel met het verpakkingsmateriaal geobserveerd (vb. kleur bij hespenworst). 37

38 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 38

39 Migratie testen: globale migratie Globale migratie limiet: 10 mg/ dm 2 (EU regulatie 10/2011) Testen in 10% ethanol en olijfolie gedurende 10 dagen bij 40 C (volgens EU 10/2011) 39

40 Migratie in olijfolie 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 40

41 Migratie in ethanol (10% en 95%) Film Globale migratie (mg/dm 2 ) 10% ethanol 95% ethanol Cellulose/zetmeel 1,1 ± 0,2 4,0 ± 0,7 Mcellulose/zetmeel 1,4 ± 0,2 4,5 ± 0,4 Cellulose/PLA 2,8 ± 0,2 8 ± 0,2 Cellulose/M/PLA 4 ± 1,1 6,5 ± 0,4 Cellulose 2,9 ± 0,3 1,0 ± 0,2 Multilaags PLA niet bedrukt 0,9 ± 0,4 <0 ± 0,1 Multilaags PLA bedrukt 0,2 ± 0,2 <0 ± 0,1 PLA schaal <0 ± 0,3 2,2 ± 1,6 De migratielimiet werd niet overschreden 41

42 Bedrukbaarheidstesten 2 verschillende oppervlakten werden bedrukt: cellulose en PLA Indien mogelijk werden er testen uitgevoerd op het bedrukte oppervlak (VKC) 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 42

43 Bedrukbaarheidstesten Cellulose/zetmeel: zie voorbeeld (samenwerking Lima en Be_Natural) 43

44 Bedrukbaarheidstesten Multilaags PLA: Trekproef: geen adhesieproblemen Tape test: geen inktresidu op de tape Bepaling droog gewicht (EN Packaging): Individuele componenten > 0,5% Overlappend deel < 5% Conclusie: Bedrukken beide oppervlakken: OK PLA oppervlak: keuze inkt belangrijk 44

45 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

46 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 46

47 Opzet Geselecteerde films werden getest op verpakkingsmachines bij verschillende bedrijven Aanpassingen werden gedaan om een goed gesloten verpakking te bekomen (vnl. sealparameters) 47

48 Conclusie werkpakket 4 Verschillende resultaten Films liepen vlot over de machines Aanpassingen nodig om een goed gesloten verpakking te verkrijgen Grote verschillen qua sealtemperatuur op verschillende machines (zelfde film/ verschillende case studies) 48

49 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 49

50 Algemene conclusie project Potentieel voor verpakkingsapplicaties, inclusief MAP verpakking Aandachtspunten: Nood aan zeer goede vochtbarrière, vooral voor lang houdbare producten bij kamertemperatuur (mogelijkheden bio-pe? Mogelijkheden coatings?) Sealeigenschappen: instellingen verpakkingsmachines (druk, temperatuur, tijd) mogelijks anders dan bij conventionele verpakkingen Evolutie in prijs? 50

51 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)

52 Dare to innovate in food packaging! Partner of - Member of: Pack4Food VZW Coupure Links Gent Tel: +32 (0) Tel: +32 (0)