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Intelligente Verpackungsfolie „leuchtet“ unter UV-Licht, wenn Fleisch verdirbt
Frischecheck aus der Verpackung: Eine neuartige Folie verändert ihre Farbe, wenn gekühltes Fleisch während der Lagerung Stoffe des Verderbs freisetzt. Unter UV-Licht leuchtet sie zusätzlich, in Versuchen mit Schaffleisch etwa ab dem sechsten Tag. Im Labor hemmte das Material zudem Bakterien, doch für den Einsatz im Supermarkt sind weitere Prüfungen nötig.
Fukuoka (Japan). Ob Fleisch noch frisch ist, lässt sich weder am Aussehen noch am aufgedruckten Verbrauchsdatum immer zuverlässig ablesen. Denn Keime und natürliche Enzyme verändern bei der Lagerung seine Zusammensetzung, bevor sich der Verderb deutlich zeigt. Ein Sensor im Inneren der Verpackung könnte stattdessen auf Stoffe reagieren, die beim Abbau von Proteinen entstehen.
Solche Sensorfolien nutzen häufig Pflanzenfarbstoffe, die abhängig vom Säuregrad ihre Farbe verändern. Doch gerade in frühen Phasen kann der Farbumschlag schwach ausfallen und von den Lichtverhältnissen abhängen. Ein zusätzliches Leuchtsignal könnte diese Unsicherheit verringern und Veränderungen besser sichtbar machen.
Forscher der Kyushu University (Kyushu U) um Fanze Meng haben dafür einen dünnen Verbundfilm aus Kasein, einem Milchprotein, entwickelt. Er enthält Anthocyane aus den Samenschalen schwarzer Sojabohnen, die das Team chemisch mit Pyridin verändert hat. Die Pigmente ändern dadurch nicht nur ihre Farbe bei wechselndem Säuregrad, sondern fluoreszieren bei Anregung mit ultraviolettem Licht.
Hinzu kommt ZIF-67, ein poröses, kobalthaltiges metallorganisches Gerüstmaterial, das in die Kaseinfolie eingebettet wurde. Diese Kombination sollte die Farbstoffe stabilisieren, die Materialeigenschaften verbessern und eine Reaktion auf flüchtige Basen erleichtern. Solche Stoffe, darunter Ammoniak und andere Amine, entstehen, wenn Mikroorganismen Proteine im Fleisch abbauen.
„Wir wollten Farbveränderungen und Fluoreszenz verbinden, damit Verderb leichter erkennbar wird. Farbe liefert einen einfachen Hinweis, UV-Fluoreszenz ein deutlicheres Signal bei schwer sichtbaren Farbunterschieden“, erklärt Xirui Yan von der Kyushu University.
Um die Anzeige zu erproben, lagerten die Wissenschaftler Schaffleisch 16 Tage lang bei vier Grad Celsius in verschlossenen Versuchsgefäßen. Kleine Stücke der Sensorfolie waren am Deckel befestigt und berührten das Fleisch nicht. In regelmäßigen Abständen wurden die Farbe der Filme und mehrere Merkmale des Fleischverderbs untersucht.
Bei normalem Licht wechselten die Anzeigefolien im Verlauf der Lagerung von blassrosa und violetten Tönen zu Grau und später zu Grünblau. Die zweite Anzeige benötigte eine UV-Lampe mit 365 Nanometern Wellenlänge: Die insgesamt günstigste Filmvariante Z2 fluoreszierte bereits ab etwa Tag sechs sichtbar blaugrün. Eine Variante mit weniger ZIF-67 leuchtete erst ab Tag acht, der Film ohne diesen Zusatz etwa ab Tag zehn.
Das Leuchten entsteht vermutlich, weil die zunehmend alkalischen flüchtigen Stoffe die Eigenschaften der veränderten Pflanzenpigmente beeinflussen. Der UV-Test bietet damit eine ergänzende Anzeige, wenn der Farbumschlag bei Tageslicht schwer zu erkennen ist. Ob Fleisch tatsächlich noch unbedenklich verzehrt werden kann, lässt sich daraus allein nicht sicher ablesen.
Die Folie zeigte im Laborversuch zugleich antibakterielle und antioxidative Eigenschaften. In Tests auf Nährböden hemmten die mit ZIF-67 versetzten Filme das Wachstum von Staphylococcus aureus und Escherichia coli deutlicher als die reine Kaseinfolie. Auch gegenüber Wasserdampf und Feuchtigkeit schnitten die Verbundmaterialien günstiger ab.