Slimme verpakkingen en sensoren binden de strijd aan met de voedselverspilling

Wereldwijd wordt één derde van het geproduceerde voedsel verspild. Dit is een gigantisch probleem met gevolgen voor de economie, het milieu en de samenleving. Dit kan en moet anders. Met bio-afbreekbare verpakkingen voorzien van sensoren waardoor voedsel langer houdbaar is en de productkwaliteit in de gaten wordt gehouden.

Voedselverspilling is zonde van goed voedsel, helemaal als je bedenkt dat er nog steeds ruim 800 miljoen mensen op aarde in hongersnood leven. Maar met het verspillen van voedsel, verspil je ook alle grondstoffen en hulpbronnen die voor de productie zijn gebruikt, wat het probleem nog groter maakt.

In 2015 heeft de Verenigde Naties (VN) 17 doelen voor duurzame ontwikkeling opgesteld. De werelddoelen vormen samen een plan tot 2030 voor duurzame ontwikkeling, voor zowel mensen als de planeet. Een van de doelen is een mondiale halvering van de voedselverspilling in 2030. Via het onderzoeksproject ‘Innovative Smart Materials and Sensors for Packaging of Raw and Processed Food Products’ willen onderzoekers van verschillende universiteiten hun steentje hieraan bijdragen.

De projectleiding is in handen van Karin Molenveld, onderzoeker duurzame plastics, en Karin Schroën, gespecialiseerd in levensmiddelenproceskunde, van Wageningen University & Research (WUR). Zij werken samen met bedrijven in verpakkingen, kunststof en voedsel aan slimme verpakkingen waarin voedsel langer houdbaar is door gebruik te maken van sensoren die de productkwaliteit in de gaten houden.

Trukendoos

De impact van plastic op het milieu is gigantisch. Bijna 40% van alle plastics wordt gebruikt in verpakkingen. Al dit plastic is slecht nieuws voor het milieu: van de meer dan 9 miljard ton plastic die de mensheid produceert, wordt maar ongeveer 9 procent gerecycled. De rest wordt verbrand, komt op de vuilstort terecht, vervuilt het land en de oceanen. Daarnaast dragen fossiele kunststoffen bij aan de emissie van broeikasgassen.

Biobased en/of bio-afbreekbare verpakkingen kunnen volgens Karin Molenveld voordelen hebben in de afvalfase, maar dan moet je wel weten hoe je er een goed product van kan maken. “Het plastic dat we nu gebruiken, gemaakt van aardolie, is gewoon belachelijk goed en goedkoop. De negatieve effecten van fossiele plastics zoals milieuvervuiling en klimaatverandering zijn niet in de prijs verwerkt. Dus we moeten met een goed en betaalbaar alternatief komen. Je hebt soms een hele trukendoos nodig om dit voor elkaar te krijgen.”

Kreeften

De onderzoekers zijn gestart met onderzoek naar een milieuvriendelijke verpakking die polymelkzuur en onderdelen van kreeftenpantsers bevat. In de schelp van een kreeft zit het stofje chitine. Als je daar kleine deeltjes uit maakt, dan kunnen die gebruikt worden om verpakkingsmateriaal te versterken zodat het een goed alternatief is voor plastic. “We hebben inmiddels aangetoond dat deze verpakkingen met chitine sterker zijn dan bijvoorbeeld verpakkingen op basis van het polymeer alleen”, vertelt Karin Schroën.

De onderzoekers kijken ook naar de andere functionaliteiten van chitine. “Uit onderzoek blijkt bijvoorbeeld dat verpakkingen op basis van chitine actief kunnen zijn tegen bacteriën, en dat kan betekenen dat het in theorie eten langer vers zou kunnen houden.”

Sensoren

Deel twee van het onderzoek draait om sensoren op of in verpakkingen die de houdbaarheid van een product in de gaten houden. Met zo’n sensor kan een verpakking data verzamelen over de staat van het product. Die data kan weer worden gebruikt door producenten, leveranciers en retailers om ketens te verbeteren. Ook de consument zou een seintje kunnen krijgen wanneer iets niet meer eetbaar is. De ‘te gebruiken tot’-datum, die nog altijd voor veel voedselverspilling zorgt onder consumenten, kan dan overbodig worden.

Volgens Schroën bestaan deze slimme sensoren al, maar zijn de meeste opties te duur of complex om commercieel haalbaar te zijn. “Als je sensoren op levensmiddelen plakt, moet het goedkoop zijn en niet te veel toevoegen aan de kosten van een product.”

De onderzoekers van TU Eindhoven zijn gestart met de ontwikkeling van sensoren die tegen lage kosten op een verpakking worden geprint. Er zijn inmiddels verschillende mogelijkheden onderzocht om sensoren te maken die ook commercieel interessant zijn. Molenveld: “Dit kunnen sensoren zijn die de temperatuur nauwkeurig meten, die afbraakproducten uit voedingsmiddelen registreren of kunnen meten of een product goed gesteriliseerd is en dus veilig is om te consumeren.” Maar bij sensoren draait het niet alleen om houdbaarheid en versheid. “Er is veel winst te behalen met sensoren, maar er kleven ook risico’s aan. Wat als de sensor niet goed werkt en een consument een product eet dat niet meer goed is? Wie is hiervoor verantwoordelijk? Levensmiddelenbedrijven zijn zich hier heel erg van bewust.”

Speldenprik

Het laatste onderdeel van het onderzoek gaat om het afdichten van verpakkingen met bijvoorbeeld folies of kroonkurken. “Hier heb je materialen voor nodig die sterk zijn, goed afsluiten én milieuvriendelijk zijn. Die combinatie is niet altijd even gemakkelijk. Je kan nog zo’n goede verpakking hebben, een speldenprik kan al voldoende zijn om schade te veroorzaken aan een product”, vertelt Schroën. Voor dit onderdeel van het onderzoek wordt samengewerkt met de TU’s in Delft en Twente. De onderzoekers zijn samen met de betrokken bedrijven op zoek gegaan naar de kennisgaten op het gebied van sealen met als doel het tegengaan van productuitval door het slecht sluiten van verpakkingen. 

Kroonkurken

Een van de partners in onderzoek naar de kroonkurken is Heineken. Het bedrijf heeft samen met de TU Delft gekeken naar de optimalisatie van het materiaalgebruik van de kroonkurk. Allard de Groot is Development Lead Packaging & Dispense Systems bij de Global R&D afdeling. “Als onderdeel van onze duurzaamheidsdoelen willen we voor onze kroonkurken het metaalgebruik verlagen door dunner materiaal te gebruiken. Dat heeft alleen wel invloed op de afdichtende eigenschappen van de kroonkurkvoering ofwel de liner: het dunne plastic laagje dat aan de binnenkant van een kroonkurk zit.”

Deze liners zorgen ervoor dat het bier luchtdicht verpakt en lang houdbaar is. Het is een barrière die ervoor zorgt dat zuurstof en andere ongewenste stoffen buiten de fles blijven en het koolzuur in de fles blijft. Binnen het onderzoek zijn er praktische testen met kroonkurken en liners gedaan. Maar er is ook gekeken naar de invloed van vocht (RH%) en CO2 op de fysische en chemische materiaaleigenschappen van verschillende liner-samenstellingen. “Via dit onderzoek zijn we er onder andere achter gekomen dat een flexibel polymeer, dat zich goed kan handhaven onder verschillende temperaturen, zorgt voor een goede mechanisch aansluiting op de kroonmond.”

De Groot hoopt dat ze aan het einde van het onderzoek adviezen krijgen waarmee de toeleveranciers van het linermateriaal hun product verder kunnen optimaliseren. “We zijn als bedrijf continu op zoek naar het optimaliseren van verpakkingsmaterialen. Kwaliteit, duurzaamheid en kosten zijn hierbij belangrijke pijlers. Er bestaan al liners met een hele goede gasbarrière die zuurstof – en andere ongewenste stoffen – buiten en koolzuur binnen houden. Maar deze zijn vaak gevoelig voor mechanische lekkage door bijvoorbeeld het stoten tegen de kroonkurken. Zachtere liners die minder gevoelig zijn voor stootbelasting hebben een minder goede gasbarrière. Een goede balans tussen beide, dus een hoge gas barrière van het materiaal en ongevoeliger voor stoten, helpt ons verder bij onze duurzaamheidsdoelen in het verlagen van de metaaldikte van de kroonkurken.”

Houding

Maar het zijn niet alleen de verpakkingsbedrijven en levensmiddelenproducenten die aan de bak moeten. “Ook bij consumenten moet een andere houding komen ten opzichte van verpakkingen. Zij moeten ook bij zichzelf nagaan wat ze kunnen doen aan recycling. Ook moeten zij bereid zijn om meer te betalen voor bijvoorbeeld een duurzame verpakking. Zodra dit gebeurt, snijdt het mes echt aan twee kanten,” aldus Molenveld.

Met nog twee jaar voor de boeg hopen de beide onderzoekers aan het einde van het project een goed verpakkingsconcept te hebben waarin alles samenkomt: een sterk bio-afbreekbaar verpakkingsmateriaal met sensor en goede seal. Schroen: “In de levensmiddelenbranche is er echt een wereld te winnen als het gaat om duurzame verpakkingen en het voorkomen van verspilling. De wil is er absoluut, nu nog de juiste verpakkingen.”

Het project Innovative Smart Materials and Sensors for Packaging of Raw and Processed Food Products wordt uitgevoerd door Avery Dennison, Delft University of Technology, Eindhoven University of Technology, Trivium, JDE, Peijnenburg, Heineken, Oerlemans Plastics, The Materials Innovation Institute, University of Twente, Wageningen University & Research en Yparex.