DE19860360C1 - Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus biologisch abbaubarem Material, Formkörper und Verwendung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus biologisch abbaubarem Material, bei dem eine backfähige Masse durch Mischen von 7,8 bis 8,5 Gew.-% cellulosehaltigen Fasern, 16,1 bis 17,6 Gew.-% nativer Stärke, 5,4 bis 6,0 Gew.-% vorverkleisterter Stärke und 68,0 bis 70,6 Gew.-% Wasser, jeweils bezogen auf die backfähige Masse, hergestellt und anschließend die backfähige Masse unter Ausbildung eines Formkörpers gebacken wird. Ferner betrifft die Erfindung nach diesem Verfahren erhältliche Formkörper sowie deren Verwendung als Verpackungsmaterial.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus biologisch abbaubarem Material, ein nach diesem Verfahren erhältlicher Formkörper sowie dessen Verwendung zur Verpackung von Gegenständen, insbesondere Lebensmitteln.

In der heutigen Zeit stellt die Vermeidung, Verminderung und Entsorgung von Abfällen eines der größten umweltrelevanten Probleme dar. Dies tritt insbesondere deutlich bei Formkörpern, wie Becher, Teller, Tassen, Schalen, Schachteln und sonstigen Behältnissen zu Tage, die beispielsweise zur Verpackung von Lebensmitteln und in Schnellimbißrestaurants benutzt werden. So werden z. B. Lebensmittel, insbesondere solche, die zum sofortigen Verzehr bestimmt sind, häufig in voluminösen Verpackungen verkauft. Obwohl solche Formkörper relativ leicht sind, erhöhen sie nach ihrem Gebrauch bei ihrer Entsorgung die Menge und das Volumen an langlebigen, festen Abfällen. Dadurch beanspruchen diese Formkörper durch ihr erhebliches Volumen die Müllbehälter und die Mülldeponien. Des weiteren werde sie durch den Wind leicht weggeblasen. Werden solche Formkörper im Freien weggeschmissen, nachdem die darin enthaltenen Lebesmittel verzehrt wurden, dann verunzieren sie oft über Jahre die Landschaft.

Viele der bisher eingesetzten Materialien zur Herstellung der oben genannten Formkörper sind aus nicht erneuerbaren Rohstoffen hergestellt, was weiterhin eine starke ökologische Belastung darstellt. Wie von den vorstehend dargelegten Umständen deutlich wird, besteht ein großes Bedürfnis nach einem Material, das für Formkörper, insbesondere Verpackungen, eingesetzt werden kann, das aus überwiegend nachwachsenden Rohstoffen hergestellt und sehr schnell biologisch abbaubar ist.

Aus der DE 197 06 642 A ist ein Formkörper aus biologisch abbaubarem Material, bestehend aus Cellulosefasern, nativer und/oder modifizierter Stärke und Wasser, bekannt, der dadurch hergestellt wird, daß eine Mischung (backfähige Masse) dieser Bestandteile einem Backvorgang unter Ausbildung des Formkörpers unterzogen wird. Der Anteil der Faserstoffe in der Masse beträgt 25 bis 75 Gew.-%, der Stärkeanteil 13 bis 38 Gew.-% und der Wasseranteil 13 bis 38 Gew.-%.

Zum Backen wird diese backfähige Masse in eine Backform gegeben (dosiert) und darin durch Erhitzen gebacken. Die Backform kann dabei durch mindestens 2 Backplatten, d. h. eine obere und eine untere Backplatte, gebildet sein, die in eine Backzange aufgenommen sind, wobei die Innenoberfläche der Backplatten im geschlossenen verriegelten Zustand der Backform unter Bildung eines Formhohlraums beabstandet gehalten werden.

Dieses Verfahren weist jedoch den Nachteil auf, daß das Aufschäumen, d. h. das Expansionsverhalten bei der Thermoformung, nicht befriedigend ist.

Aus der WO 98/13184 ist eine Vorrichtung zur Herstellung von faserverstärkten geschäumten papierartigen Produkten bekannt.

Aus der EP 0 544 675 D1 ist ein biologisch abbaubarer Abdeckfilm und ein Verfahren zu seiner Herstellung bekannt. Die Folie ist dabei aus einem synthetischen Polymer und einem biologisch abbaubaren Polymer zusammengesetzt. Das biologisch abbaubare Polymer kann insbesondere Stärke oder Cellulose sein.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus biologisch abbaubarem Material bereitzustellen, bei dem die eingesetzte backfähige Masse ein gutes Expansionsverhalten bei der Thermoformung zeigt.

Erfindungsgemäß wird dies durch ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus biologisch abbaubarem Material erreicht, das sich dadurch auszeichnet, daß eine backfähige Masse durch Mischen von 7,8 bis 8,5 Gew.-% cellulosehaltigen Fasern, 16,1 bis 17,6 Gew.-% nativer Stärke, 5,4 bis 6,0 Gew.-% vorverkleisterter Stärke und 68,0 bis 70,6 Gew.-% Wasser, jeweils bezogen auf die backfähige Masse, hergestellt und anschließend die backfähige Masse unter Ausbildung eines Formkörpers gebacken wird.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß durch den hohen Wassergehalt ein besseres Expansionsverhalten bei der Thermoverformung erreicht wird, wodurch die erhaltenen Formkörper nicht nur sehr leicht werden, sondern auch die durch das Herstellungsverfahren erhaltene schaumartige Wandstruktur isolierend gegen Wärme wirkt.

Der Begriff "backfähige Masse" weist auf Massen jeglicher Art hin, die gebacken werden können, d. h. die durch Wasserdampf, der während des Backens entweicht, aufgeschäumt werden können.

Die Stärke, die in der backfähigen Masse vorliegt, kann eine amylopektinhaltige Stärke sein, z. B. ausgewählt aus natürlicher Stärke, chemisch und/oder physikalisch modifizierter Stärke, gentechnisch hergestellter und/oder gentechnisch veränderter Stärke und Gemischen davon. Beispiele für die im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren Stärken sind Kartoffel-, Mais-, Reis-, Tapioka- und Weizenstärke sowie andere aus pflanzlichen Materialien gewonnenen Stärken.

Im erfindungsgemäßen Verfahren werden cellulosehaltige Fasern eingesetzt, wobei der Ausdruck "cellulosehaltige Fasern" auf Fasern jeglicher Art hinweist, die Zellulose enthalten oder aus Zellulose bestehen. Dabei sind Pflanzenfasern in unterschiedlichen Längen im Bereich von 600 µm bis 3000 µm, hauptsächlich aus Holz, Hanf oder Baumwolle bevorzugt. Die Breite der cellulosehaltigen Fasern kann im Bereich von 10 µm bis 60 µm liegen.

Der hier verwendete Ausdruck "Fasern" weist auf feine, dünne, in ihrer Länge begrenzte Gebilde hin, wobei die Länge größer als die Breite ist. Sie können als Einzelfasern oder als Faserbündel vorliegen. Solche Fasern können in dem Fachmann bekannter Weise hergestellt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Viskosität der backfähigen Masse auf einen Wert in Bereich von 70000 bis 80000 mPa.s eingestellt. Dies kann durch Variation der Mengen der im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Bestandteile, insbesondere durch den Wasseranteil, erreicht werden. Durch diese Viskosität wird das Dosierverhalten der backfähigen Masse verbessert. Dadurch ist es möglich, die Masse in Form eines einzelnen großen Klumpens in die Backplatten zu dosieren, der sich in Folge seines hohen Wasseranteils selbständig darin verteilt und alle Hohlräume vollständig ausfüllt. Grund dafür ist zum einen die verbesserte Viskosität, zum anderen aber auch eine wegen des höheren Wasseranteils schneller ansteigender Druckverlauf durch die stärkere Wasserverdampfung, der dafür sorgt, daß die backfähige Masse schneller verteilt wird, bevor die Stärke ausgebacken und damit fest wird.

Wie vorstehend erwähnt wurde, wird im erfindungsgemäßen Verfahren vorverkleisterte Stärke eingesetzt. Die vorverkleisterte Stärke wird dabei vorzugsweise aus etwa 90 bis 94 Gew.-% Wasser und 6 bis 10 Gew.-% nativer Stärke, besonders bevorzugt etwa 92 Gew.-% Wasser und etwa 8,0 Gew.-% nativer Stärke hergestellt.

Dabei wird aus diesen beiden Komponenten zunächst eine homogene Suspension hergestellt. Dies kann z. B. dadurch erfolgen, daß Wasser und die native Stärke in einem üblichen Rührer heftig gerührt werden. Diese homogene Suspension wird dann erhitzt und anschließend abgekühlt.

Das Erhitzen erfolgt vorzugsweise auf eine Temperatur von 68 bis 70°C. Es hat sich ferner als günstig erwiesen, das Erhitzen während einer Dauer von etwa 10 Minuten durchzuführen, d. h. die Suspension wird über einen Zeitraum von etwa 10 Minuten bei 68-70°C konstant gehalten.

Anschließend wird die vorverkleisterte Stärke abgekühlt. Die Temperatur, auf die abgekühlt wird, beträgt vorzugsweise etwa 50°C.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die backfähige Masse dadurch hergestellt, daß die cellulosehaltige Faser, die native Stärke, die vorverkleisterte Stärke und das Wasser parallel oder sequentiell zusammengegeben und gemischt werden. Dies bedeutet eine erhebliche Verbesserung im Vergleich zu bisher bekannten Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus biologisch abbaubarem Material, bei denen die Komponenten nacheinander eingemischt werden, da dadurch das gesamte Mischverfahren vereinfacht wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die vorverkleisterte Stärke bei einer Temperatur von etwa 50°C, vorzugsweise genau 50°C, einer Mischung aus nativer Stärke, Fasern und Wasser zugegeben.

Beim Mischen werden während etwa 5 Minuten die Bestandteile cellulosehaltige Fasern, native Stärke, vorverkleisterte Stärke und Wasser homogen miteinander vermischt. Die Mischtemperatur beträgt 40°C. Nach dem Mischen wird die Mischung nicht nachgekühlt.

Die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte backfähige Masse kann entweder nur aus den Komponenten Wasser, Fasern, native und vorverkleisterte Stärke bestehen, d. h. es liegen keine weiteren Bestandteile vor, außer denjenigen, die in diesen Komponenten als übliche Begleitstoffen vorhanden sind, z. B. Verunreinigungen der Stärke, oder es können zusätzliche Additive z. B. Füllstoffe wie Kreide, Kaolin, Talk, Gips, Tonerde, Titandioxid oder Aluminiumoxid, Flussmittel, wie Magnesiumcarbonat, Magnesiumhydroxidcarbonat, Natriumlauge und Amoniumhydroxid, sowie Farbpigmente und Lebensmittelfarbstoffe enthalten sein.

Die vorstehend näher beschriebene backfähige Masse wird dann gebacken. Hierzu wird Sie in eine Backform gegeben (dosiert) und während 10 bis 100 Sekunden, insbesondere 60 Sekunden, bei einer Temperatur von 100 bis 200°C, insbesondere 150°C, in einer geschlossene Backform erwärmt. Die Backform ist dabei in Abhängigkeit der Form des gewünschten Endproduktes ausgebildet, z. B. in Form einer Schale. Die Backform kann durch mindestens zwei Backplatten, d. h. eine obere und eine untere Backplatte, gebildet sein, die in einer Backzange aufgenommen sind, wobei die Innenoberfläche der Backplatten in einem geschlossenen verriegelten Zustand der Backform und der Bildung eines Formhohlraums beabstandet gehalten werden und der Formhohlraum durch die backfähige Masse ausgefüllt wird. Die Backform besitzt zum Ausleiten des Wasserdampfes speziell ausgeformte Ausdampföffnungen. Für die gleichzeitige Herstellung einer Mehrzahl von Formkörpern können auch eine Mehrzahl von Backzangen verwendet werden. Solche Vorrichtungen zum Backen basieren auf der an sich bekannten Technologie des Waffelbackens.

Das Dosieren der backfähigen Masse in die Backform kann mit Druckluft, Förderschnecken, Pumpen oder durch Anlegen eine Vakuums erfolgen. Dabei müssen keine Masseinjektionen in die einzelnen Formen erfolgen, sondern es ist ausreichend, einen Produktklumpen in die Mitte der Backform zu dosieren.

Beim Backen der backfähigen Masse wird das in dieser Masse enthaltene Wasser entfernt, wobei durch das Entfernen des Wassers die Masse aufgeschäumt und die in der Masse enthaltene Stärke verkleistert wird.

Auf den nach diesem Verfahren erhältlichen Formkörpern kann eine Feuchtigkeit­ undurchdringliche, biologisch abbaubare Folie aufgebracht werden. Die Folie kann dabei in einem Tiefziehverfahren aufgebracht werden, wobei günstigerweise das Aufziehen der Folie unmittelbar nach dem Backvorgang auf den noch heißen Formkörper erfolgt. Dementsprechend wird die Backwärme ausgenützt, um eine noch bessere Haftung der Folie zu erreichen.

Um eine vollständige Abdeckung des Formkörpers mit der Folie zu erzielen, kann vorgesehen sein, daß der Formkörper von einer Seite durch Tiefziehen und von der anderen Seite durch Heißprägen beschichtet wird.

Alternativ kann auch vorgesehen sein, daß die Folie nur auf eine Seite des Formkörpers aufgezogen und die jeweils andere Seite mit einer wasserfesten Beschichtung durch Besprühen mit einer Cellulose-Lösung, vorzugsweise Celluloseacetat-Propionat oder Acrylat, versehen wird.

Die Folie kann aus Amylose oder Amylose-Derivaten, aus Polymilchsäure oder Polymilchsäure-Derivaten oder aus modifizierter Polymilchsäure, gegebenenfalls mit biologisch abbaubaren Zusätzen, bestehen.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ebenfalls ein Formkörper aus biologisch abbaubarem Material, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich ist.

Dieser Formkörper weist im wesentlichen einen Stärke-Faser-Verbund auf, der, wie vorstehend beschrieben, durch das erfindungsgemäße Verfahren erhalten wird, und der als eine schaumartige Wandstruktur beschrieben werden kann, die insbesondere gegen Wärme isolierend wirkt.

Dieses Material kann bestens als Material für Formkörper (d. h. Körper, die eine bestimmte Form aufweisen) jeglicher Art eingesetzt werden, z. B. als Einweggeschirr, als Fast-Food-Verpackung (für Hamburger und Pommes Frites), als Verpackung, z. B. für Lebensmittel, wie trockene, feuchte, pastöse, fritierte Lebensmittel. Nach Aufbringen einer biologisch abbaubaren Folie auf das erfindungsgemäße Material kann dieses dann zur Aufnahme von flüssigen Lebensmitteln, wie Heißgetränke und Suppen, dienen.

Der Formkörper kann dabei jegliche beliebige Form annehmen, z. B. die Form einer Schale, eines Tellers, eines Bechers oder einer Platte.

Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung:

Beispiel Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Formkörpern aus biologisch abbaubarem Material

Die in der nach nachfolgenden Tabelle angegebenen Rezepturen, wobei die Mengenangaben in Gew.-% angegeben sind, wurden zur Herstellung einer backfähigen Masse verwendet.

Die vorverkleisterte Stärke besteht zu 91,97% aus Wasser und 8,03% aus nativer Stärke. Zur Herstellung der vorverkleisterten Stärke wird aus diesen Komponenten eine homogene Suspension hergestellt und diese auf eine Temperatur von 68°C bis 70°C erhitzt und über 10 Minuten bei dieser Temperatur konstant gehalten. Anschließend wird die vorverkleisterte Stärke gezielt auf 50°C abgekühlt, bevor sie bei einer fest eingestellten Temperatur von exakt 50°C der Mischung aus nativer Stärke, cellulosehaltigen Fasern und dem Wasser zugegeben wird. Bei der Mischung werden über eine Mischzeit von 5 Minuten die gesamten Rohstoffkomponenten homogen miteinander vermischt. Die Mischtemperatur beträgt 40°C. Nach dem Mischen wird die Mischung nicht nachgekühlt.

Abschließend wird ein Backvorgang durchgeführt, bei dem ein Klumpen der vorstehend hergestellten backfähigen Masse in eine übliche Backform gegeben und bei 150°C während 60 Sekunden gebacken wird.

Durch dieses Verfahren werden Formkörper erhalten, die gut aufgeschäumt sind. Sie sind ferner sehr leicht und weisen eine schaumartige Wandstruktur auf, die gegen Wärme isolierend wirkt. Darüber hinaus kann die backfähige Masse sehr gut in die Backform dosiert werden.

Claims (13)

1. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus biologisch abbaubarem Material, bei dem eine backfähige Masse durch Mischen von 7,8 bis 8,5 Gew.-% cellulosehaltiger Fasern, 16,1 bis 17,6 Gew.-% nativer Stärke, 5,4 bis 6,0 Gew.-% vorverkleisterter Stärke und 68,0 bis 70,6 Gew.-% Wasser, jeweils bezogen auf die backfähige Masse, hergestellt und anschließend die backfähige Masse unter Ausbildung eines Formkörpers gebacken wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die backfähige Masse eine Viskosität von 70000 bis 80000 mPa.s aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die vorverkleisterte Stärke aus 90 bis 94 Gew.-% Wasser und 6 bis 10 Gew.-% nativer Stärke hergestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung der vorverkleisterten Stärke dadurch erfolgt, daß eine Wasser und native Stärke aufweisende homogene Suspension hergestellt, diese erhitzt und anschließend abgekühlt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Erhitzen auf eine Temperatur von 68 bis 70°C erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Abkühlen auf eine Temperatur von etwa 50°C erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die backfähige Masse dadurch hergestellt wird, daß die cellulosehaltigen Fasern, die native Stärke, die vorverkleisterte Stärke und das Wasser parallel oder sequentiell zusammengegeben und dann gemischt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die vorverkleisterte Stärke bei einer Temperatur von etwa 50°C der Mischung aus nativer Stärke, Fasern und dem Wasser zugegeben wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Mischen während etwa 5 Minuten erfolgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Backzeit 10 bis 100 Sekunden beträgt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Backtemperatur 100 bis 200 °C beträgt.

12. Formkörper aus biologisch abbaubarem Material, erhältlich nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11.

13. Verwendung des Formkörpers nach Anspruch 12 als Verpackungsmaterial.