Nye tendenser og perspektiver i antimikrobiel emballage: Biobaserede materialer møder smarte funktioner
Emballageteknologien gennemgår i øjeblikket en markant udvikling. Branchen har stort fokus på at levere fødevarer, der både er sikrere, friskere og mere bæredygtige. Under IAPRI 2025-konferencen i Roanoke, Virginia, arrangeret af Virginia Tech, præsenterede førende forskere nye fremskridt inden for antimikrobiel emballage. Disse resultater har allerede fundet vej til anerkendte, videnskabelige tidsskrifter dedikeret til emballageforskning. En tydelig tendens er trådt frem: Indførelsen af biobaserede og biologisk nedbrydelige matricematerialer såsom polyhydroxyalkanoater (PHA) og cellulose- nanofibre (CNF), kombineret med funktionelle titaniumdioxid (TiO2) nanopartikler som aktive komponenter.
En grønnere fremtid: Derfor er biobaserede materialer vigtige
Dagens forbrugere efterspørger ikke kun fødevaresikkerhed, men også emballage, der tager hensyn til miljøet. Traditionel plast har i mange år leveret effektiv beskyttelse, men samtidig givet store udfordringer for både lossepladser og havmiljøer. De nyeste forskningsresultater peger derfor på en klar bevægelse mod brug af biobaserede og biologisk nedbrydelige polymerer som fundament for innovative emballagefilm. PHA er en familie af nedbrydelige bioplasttyper, der fremstilles af bakterier, og som tilbyder både fleksibilitet og komposterbarhed. Cellulose-nanofibre (CNF), som udvindes af træfibre, er fornybare, fuldt nedbrydelige og tilgængelige i rigelige mængder. PHA og CNF har hurtigt markeret sig som foretrukne matricematerialer i udviklingen af moderne emballage, fordi de både opfylder stramme krav til regulering og tiltaler den miljø-bevidste forbruger.
Disse biobaserede materialer giver desuden et solidt fundament for integrering af avancerede antimikrobielle egenskaber – alt sammen uden at kompromittere emballagens mekaniske, optiske eller barriereegenskaber. Kombinationen af mulighed for genanvendelse og antimikrobiel funktion ses også som en af de mest lovende retninger inden for fremtidens emballage.
TiO2-nanopartikler: Den aktive ingrediens
På tværs af samtlige undersøgelser fremstår titaniumdioxid (TiO2) som den foretrukne aktive ingrediens med dokumenteret stærk antimikrobiel effekt. TiO2 er bredt anerkendt og godkendt til fødevarekontakt. Når TiO2 udsættes for lys, dannes der reaktive iltarter (Reactive Oxygen Species, ROS), som effektivt hæmmer bakterievækst uden at skade fødevaren eller forbrugeren. Samtidig beskytter TiO2 fødevaren mod skadelig UV-stråling og bidrager til at bevare både smag, næringsværdi og udseende. TiO2 er en uorganisk oxid, hvilket gør det yderst stabilt, skalerbart og omkostningseffektivt. Det nyeste fokus ligger ikke kun på brugen af TiO2 i sig selv, men på optimering af dets indlejring i biobaserede matrikser og sikring af effektiv virkning under almindeligt indendørs lys, såvel som under UV-belysning.
Nye processer: Udnyt potentialet i grønne og funktionelle film
Dr. Mieke Buntinx og hendes forskergruppe på Hasselt Universitet i Belgien har undersøgt de bedste metoder til at inkorporere ZnO og TiO2-nanopartikler i PHA-baserede emballagefilm [1,2]. Gruppen brugte både klassiske metoder som smelteblanding og mere avancerede teknikker som miniemulsions-indkapsling og ultrasonisk overfladespraycoating. Målet var at gøre nanopartiklerne tilgængelige for mikroorganismer, samtidig med at materialeforbruget og udvaskningen blev minimeret. Samtidig har Dr. Haibo Huang, Dr. Young-Teck Kim, Dr. Zhiyuan Xu og kolleger på Virginia Tech opnået vigtige gennembrud ved at indlejre farveaktiveret TiO2 med TCPP-porfyrinfarvestof (meso-tetra(4-carboxyfenyl)porfyrin) i CNF-film [3,4]. Denne type materiale aktiveres af almindeligt synligt lys – for eksempel i butikker eller dagslys – så TiO2 danner ROS og giver effektiv antimikrobiel beskyttelse under helt realistiske forhold. Mekanismerne bag lysakti-veret antimikrobiel virkning for hhv. ZnO og TiO2 illustreres i figur 1 og 2.
Figur 1: Skematisk illustration af, hvordan Figur 2: Skematisk illustration af den lysinducerede
lysaktivering udløser de antimikrobielle egenskaber antimikrobielle virkningsmekanisme for
ZnO-nanopartikler [2]. TiO2-nanopartikler [4]
Forskningen viser, at disse metoder giver emballagefilm med meget fine barriereegenskaber mod både ilt, fugt og UV-stråling. Det skyldes især de tætte, biobaserede matricer og den ensartede fordeling af TiO2-nanopartikler. Præcis placering og dispersion af TiO2 giver langtidsholdbar og effektiv antimikrobiel effekt – enten igennem hele filmen eller direkte på overfladen.
Sol-gel belægninger og genanvendelig antimikrobiel emballage
Hos Teknologisk Institut, Plast og Emballage, har vores team også fremlagt resultater på IAPRI 2025-konferencen med fokus på udvikling af ultratynde, transparente, vandbaserede sol-gel belægninger, der forbedrer både varmeforsegling og barriereegenskaber på PET-emballagefilm [5,6]. Vores sol-gel-teknologi er neutral, effektiv og fuldstændig gennemsigtig og kan påføres i meget små mængder – typisk kun 2-3 gram pr. m². Belægningen forurener ikke miljøet og kan let fjernes under genanvendelsesprocesser. Den er ikke nedbrydelig eller komposterbar, men passer perfekt ind i de cirkulære emballageprincipper og overholder kravene til fødevarekontaktmaterialer.
Fremadrettet ser vi gode muligheder for at bruge denne sol-gel-platform til aktiv emballage. Allerede nu har vi styrket belægningens barriere- og mekaniske egenskaber via tilsætning af aluminiumoxidnanopartikler. Opbygningen af denne belæg-ning på PET-film ses i figur 3. Næste skridt bliver at inkorporere titaniumdioxid (TiO2)-nanopartikler direkte i de ultratynde sol-gel-lag, så vi kan udvikle genanvendelige PET- og cellulose-baserede emballagematerialer med både forbedret barriere og robust antimikrobiel effekt. Ved at forankre TiO2 på emballagens overflade opnås en synergieffekt mellem antimikrobiel effekt og barrierefunktion, samtidig med at renhed og genanvendelse fastholdes. Dette arbejde planlægges i samarbejde med University of Hasselt, Virginia Tech, School of Packaging ved Michigan State University samt Fødevareteknologi Center på Teknologisk Institut. Denne tilgang er et praktisk bud på at bringe aktive, avancerede egenskaber ind i næste generations genanvendelige fødevareemballage.
Figur 3: Skematisk tværsnitsdiagram af
sol-gel-belægningen TAP Coat 010 med
aluminiumoxid-nanopartikler deponeret på PET-film [5,6].
Konklusion: Komposterbare materialer møder antimikrobiel funktion
Det der adskiller disse nye materialer fra traditionel emballage, er kombinationen af en biobaseret matrice og en effektiv aktiv komponent. De biobaserede matricer – PHA og CNF – er fornybare, komposterbare og miljøvenlige, mens de uorganiske, sikre TiO2-nanopartikler er godkendte til fødevarekontakt, kemisk stabile og højaktive mod mange bakterier. Foreningen af biobaseret matrice og avancerede, aktive stoffer skaber nye emballageløsninger, der både er teknologisk innovative og miljømæssigt ansvarlige. Vi er på vej mod en fremtid, hvor det ikke længere er nødvendigt at vælge mellem høj funktionalitet og hensynet til ressource-forbrug.
Denne nye udvikling i antimikrobiel emballage samler det bedste fra to verdener: Miljøansvarlige, biobaserede materialer og synligt lysaktiverede TiO2-nanopartikler, som tilsammen baner vejen for en mere sikker og ansvarlig håndtering af fødevarer og miljø. Indførelsen af minimale, neutrale og transparente sol-gel-belægninger som fleksible værter for antimikrobielle stoffer udvider desuden de praktiske og regulatoriske muligheder for fremtidens emballage.
Referencer
1. Buntinx, M.; Vanheusden, C.; Samyn, P.; Vackier, T.; Steenackers, H.; D’Haen, J.; Peeters, R. Processing and Properties of Polyhydroxyalkanoate/ZnO Nanocomposites: A Review of Their Potential as Sustainable Packaging Materials. Polymers 2024, 16, 3061.
2. Buntinx, M. Best Methods for Incorporating Nano ZnO into Polyhydroxyalkanoates to Obtain Antimicrobial Packaging Films. Presented at IAPRI 2025 World Packaging Conference, Roanoke, VA, USA, June 2025.
3. Kim, Y.-T.; Xu, Z.; Huang, H.; Hong, S. J.; Belladini, L. Cellulose nanofibrils (CNF) as a conjugate carrier and its potential as a high-barrier, UV-blocking, and low-intensity visible light-responsive antimicrobial packaging material. Food Packaging and Shelf Life 2025, 51,101580.
4. Xu, Z.; Kim, Y.-T.; Huang, H.; He, Z.; Li, Y.; Shen, H.; Shuai, D.; Yin, Y.; Ponder, M. Visible Light Responsive Packaging Materials for Broad- Spectrum Antibacterial Control on Food and Surfaces. Presented at IAPRI 2025 World Packaging Conference, Roanoke, VA, USA, June 2025.
5. Kusano, Y.; Bardenstein, A. L.; Bischoff, C.; Landa, S.; Carton, A. A. Polyethylene Terephthalate-Based Heat Sealable Packaging Film Without Heat Sealing Layer. Packaging Technology and Science 2025, 38(7), 555–562.
6. Bardenstein, A. L.; Kusano, Y.; Bischoff, C.; Landa, S.; Carton, A. A. Polyethylene Terephthalate-Based Heat Sealable Packaging Film Without Heat Sealing Layer. Presented at IAPRI 2025 World Packaging Conference, Roanoke, VA, USA, June 2025.