WO2021155889A1 - Macroalgae-based material - Google Patents

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WO2021155889A1
WO2021155889A1 PCT/DE2021/100113 DE2021100113W WO2021155889A1 WO 2021155889 A1 WO2021155889 A1 WO 2021155889A1 DE 2021100113 W DE2021100113 W DE 2021100113W WO 2021155889 A1 WO2021155889 A1 WO 2021155889A1
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WO
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weight
macroalgae
red
percent
material according
Prior art date
Application number
PCT/DE2021/100113
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ramona BOSSE
Frederike REIMOLD
Laurie Carol HOFMANN
Bela H. BUCK
Joachim HENJES
Dieter W. HOFFMANN
Ina ENDERS
Original Assignee
Hochschule Bremerhaven
Alfred-Wegener-Institut
NORDSEE GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Classifications

    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21CPRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C5/00Other processes for obtaining cellulose, e.g. cooking cotton linters ; Processes characterised by the choice of cellulose-containing starting materials
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H11/00Pulp or paper, comprising cellulose or lignocellulose fibres of natural origin only
    • D21H11/12Pulp from non-woody plants or crops, e.g. cotton, flax, straw, bagasse
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H27/00Special paper not otherwise provided for, e.g. made by multi-step processes
    • D21H27/10Packing paper

Definitions

  • the present invention relates to a material based on macroalgae which contains green algae and red and / or brown algae, a method for its production and the use of the material.
  • paper has often been used as a growing raw material in the area of packaging or disposable tableware. Paper is made from the renewable raw material wood and is recyclable. However, paper or cardboard can only be recycled up to a certain repetition rate (shortening of the fibers after several recycling cycles) and the recycling material is partly unsuitable for use in the food sector (e.g. due to mineral oil residues). Furthermore, the production process of paper is very resource-intensive and leads to monocultivation in the reforestation of forests in order to provide enough suitable wood as a raw material for paper.
  • Macroalgae are an alternative and sustainable raw material source that is available worldwide in salt and fresh water. Macro algae can be divided into three groups, the green, red and brown algae. The rapid biomass generation or the production by land-independent systems on the sea or in coastal regions, as well as land-based aquacultures, characterize macroalgae. Also characteristic of macroalgae are their high nutritional benefits, which is given by macronutrients as well as trace elements and secondary metabolites such as iodine or polyphenols. Macroalgae have been consumed in various cultures for thousands of years.
  • bio-based films and materials made from starch and celluloses are known and can be processed into different packaging using different processes (e.g. extrusion). However, these raw materials compete with the cultivation of fodder and food on arable land. It is also known to add macroalgae extracts (extracted starches, hydrocolloids, etc.) or powders to paper, cardboard or plastics.
  • WO2014 / 108887A2 discloses an edible packaging material made from red and brown algae. Due to the composition of the algae, the iodine content is very high. The use of green algae is not disclosed.
  • US2016 / 0052693A1 relates to a packaging material made from algae. It must be protected from the packaged goods by a synthetic polymer film, as it has no barrier properties.
  • KR101189105A discloses an edible film made from red algae, but which contains at least one plasticizer.
  • DE102008053858A1 relates to the production of fibrous webs from de-oiled green and blue algae. These are microalgae that have been pretreated.
  • ice cream cones or bowls made from wheat or corn dough which are made by baking or deep-frying.
  • This type of material only partially exhibits barrier properties against water or oil contained in the food. Therefore, these materials are only suitable for very short application times of a few minutes.
  • It is common to all of the processes described that they usually process the macroalgae chemically (e.g. adding acid, salts, solvents, etc.) and extract, modify, or reduce a raw material, or the macroalgae or its components are filtered and / or dried beforehand and sometimes to a powder certain grain size must be processed. Although this increases the homogeneity of the varying starting material, it also leads to an increased use of energy, chemicals and process technology, which make the process expensive.
  • the object is achieved by a material based on macroalgae, the material comprising a mixture of at least two macroalgae, comprising a) at least one green algae; and b) at least one red and / or brown alga and / or at least one further biomaterial; wherein the at least one further biomaterial is selected from the group consisting of white cabbage, red cabbage, fruit and vegetable grains, sugar beet pulp, fermented or other vegetable residues and side streams, microalgae and fish gelatin.
  • the combination of the two or three groups of macroalgae enables an improvement in strength, in particular puncture resistance, flexibility, the barrier properties against oil and water and an optimization of the material volume and the iodine content.
  • the green algae can be combined with one of the further biomaterials mentioned, preferably red cabbage, white cabbage, celery peel, brewer's grains, sugar beet pulp or cucumber and salad residues, particularly preferably red cabbage.
  • a corresponding combination leads to advantageous barrier properties against water and oil as well as improved tensile strength and elasticity properties.
  • the material is advantageously bio-based on the basis of macroalgae.
  • Bio-based means that the material can be obtained from renewable raw materials, such as macroalgae that grow in the sea or from aquaculture.
  • the material based on macroalgae is advantageously biodegradable.
  • Biodegradable means that a material must have degraded to more than 90 percent to water, carbon dioxide (C0 2 ) and biomass after a specified time under defined temperature, oxygen and humidity conditions in the presence of microorganisms or fungi.
  • the material based on macroalgae is advantageously compostable.
  • Compostable means that the material must have degraded to at least 90 percent in a specified time in large-scale composting plants or in aqueous media.
  • the macromaterial also enables valuable compost components to be processed, such as nutrients and minerals or soil-improving humus.
  • the material according to the invention based on macroalgae meets the requirements of DIN EN 13432 and DIN EN 14995.
  • the material based on macroalgae is advantageously edible. Edible means that the material is suitable and intended for human consumption and does not contain any harmful ingredients.
  • the material is also suitable as a feed.
  • Green algae are especially macroalgae of the group (phylum) Chlorophyta.
  • Preferred green algae are selected from the class of the Ulvophyceae with the genus Ulva, in particular Ulva lactuca and Ulva spp.
  • Red algae are especially macroalgae of the group (phylum) Rhodophyta.
  • Preferred red algae are selected from classes of the Bangiophyceae and Florideophyceae with the genera Mastocarpus spp., In particular Mastocarpus stellatus; Chondrus spp .; Agarophyton spp., In particular Agarophyton vermiculophyllum (previously Gracilaria vermiculophylla); and Porphyra, especially Porphyra umbilicalis.
  • Brown algae are especially macroalgae of the group (Phylum Ochrophyta) Heteromonyphyta.
  • Preferred brown algae are selected from the class of the Phaeophyceae with the Genera Sargassum, in particular Sargassum muücum; Saccharina, especially Saccharina latissima; Laminaria, Ascophyllum, Undaria and Fucus, in particular Fucus spiralis, Fucus versicolusus, Fucus serratus and Fucus spp.
  • the material according to the invention can contain green algae in the range of 5-99 percent by weight, preferably 10-99 percent by weight, preferably 50-95 percent by weight, preferably 60-85 percent by weight, particularly preferably 70-80 percent by weight. These amounts are particularly preferred when the material according to the invention comprises green algae, red and / or brown algae but no further biomaterial.
  • the material according to the invention can contain green algae in the range of 5-90 percent by weight, preferably 5-70 percent by weight, preferably 5-50 percent by weight, preferably 5-30 percent by weight.
  • the material according to the invention comprises green algae, optionally red and / or brown algae and another biomaterial, preferably red cabbage, white cabbage, celery peels, brewer's grains, sugar beet pulp or cucumber and salad residues, particularly preferably red cabbage.
  • the material according to the invention can contain red algae in the range of 1-90 percent by weight, preferably 5-50 percent by weight, preferably 15-40 percent by weight, particularly preferably 20-30 percent by weight, alternatively 5-20 percent by weight.
  • the material according to the invention can contain brown algae in the range of 0.1-90 percent by weight, preferably 5-50 percent by weight, preferably 15-40 percent by weight, particularly preferably 20-30 percent by weight, alternatively 5-20 percent by weight.
  • the material according to the invention can contain further biomaterial in the range of 1-95 percent by weight, preferably 5-95 percent by weight, furthermore preferably 10-90 percent by weight.
  • the further biomaterial preferably red cabbage, white cabbage, celery peels, brewer's grains, sugar beet pulp or cucumber and salad residues, particularly preferably red cabbage, can be used in an amount of 5-30 Percent by weight, preferably 10-25 percent by weight.
  • a material which contains green algae in the range of 50-90% by weight and red algae in the range of 10-50% by weight.
  • a material which contains green algae in the range of 50-99% by weight and brown algae in the range of 1-50% by weight.
  • Particularly preferred is a material which contains green algae in the range of 50-90 wt. -96, red algae in the range of 5-45 wt. -96, brown algae in the range of 5-45 wt. -96.
  • a material which contains green algae in a range of 5-95 percent by weight, preferably 5-70 percent by weight, furthermore preferably 5-55 percent by weight; and further biomaterial, preferably red cabbage, white cabbage, celery peel, brewer's grains, sugar beet pulp or cucumber and salad residues, particularly preferably red cabbage, in a range of 5-95 percent by weight, preferably 70-95 percent by weight.
  • a material which contains green algae in a range of 5-95 percent by weight, preferably 5-70 percent by weight, furthermore preferably 5-55 percent by weight, preferably 5-30 percent by weight; Red and / or brown algae in a range of 5-30 percent by weight, preferably 5-20 percent by weight; and other biomaterial, preferably red cabbage, white cabbage, celery peels, brewer's grains, Sugar beet pulp or cucumber and salad residues, particularly preferably red cabbage, in a range of 5-95 percent by weight, preferably 10-90 percent by weight, alternatively 10-25 percent by weight.
  • “About” in this context means ⁇ 3 percent by weight, preferably ⁇ 2 percent by weight, preferably ⁇ 1 percent by weight.
  • the material according to the invention is preferably essentially free from microalgae, preferably free from microalgae.
  • the material according to the invention preferably consists of green algae as well as red and / or brown algae and / or further biomaterial, the at least one further biomaterial being selected from the group consisting of white cabbage, red cabbage, fruit and vegetable grains, sugar beet pulp, fermented or other vegetable residues and side streams, microalgae and fish gelatin, preferably red cabbage, white cabbage, celery peel or cucumber and salad residues, particularly preferably red cabbage.
  • the macroalgae can be used fresh or raw. In principle, however, it is also possible to use pre-treated macroalgae that have already been dried, ground or extracted, for example. Suitable macroalgae come from natural sources as they can be found all over the world, marine and land-based aquacultures or from processing processes of macroalgae, such as agar extraction.
  • the material according to the invention offers nutritional-physiological added value if no additional additives are added which prevent it from being edible.
  • the material according to the invention is characterized by an advantageous iodine content, mineral content, fiber content and content of secondary metabolites.
  • the iodine content is reduced to a level that is beneficial for the majority of the world's population through the use of various macroalgae strains.
  • the iodine content is reduced in particular by the proportion of green algae, since the iodine content in green algae, such as Ulva spp., Is up to more than 20 times lower than the iodine content in red algae, e.g.
  • the material according to the invention preferably contains less than 50 mg iodine / kg, preferably less than 30 mg iodine / kg, particularly preferably less than 20 mg iodine / kg.
  • the material according to the invention can have a residual moisture content in the range of 5-65 percent by weight, preferably 5-45 percent by weight, particularly preferably 5-25 percent by weight.
  • the material according to the invention can have a pH in the range from 4.0-9.0, preferably in the range from 5.0-8.0 and particularly preferably in the range from 6.0-7.5.
  • the material according to the invention can additionally contain additives.
  • the additives can be present in a range from 0 to 10% by weight, preferably 1 to 5% by weight, preferably 2 to 3% by weight.
  • Suitable additives are, for example, food grade additives selected from the group consisting of crosslinking agents, for example salts such as CaCl 2 or CaC0 3 , shell limestone; Enzymes, for example transglutaminase; Impregnating agents, for example fats, waxes and emulsions; Acids, for example hydrochloric acid; Bases, for example sodium hydroxide; Humectants such as glycerin; Flavorings and colors; Antioxidants such as ascorbic acid; and preservatives such as sorbic acid and its salts.
  • crosslinking agents for example salts such as CaCl 2 or CaC0 3
  • Enzymes for example transglutaminase
  • Impregnating agents for example fats, waxes and emulsion
  • Particularly suitable additives are selected from the group consisting of food-grade crosslinking agents, for example CaCl 2 , shell limestone; Impregnating agents, for example waxes and emulsions; Acids, for example hydrochloric acid; Bases, for example sodium hydroxide; and humectants such as glycerin.
  • food-grade crosslinking agents for example CaCl 2 , shell limestone
  • Impregnating agents for example waxes and emulsions
  • Acids for example hydrochloric acid
  • Bases for example sodium hydroxide
  • humectants such as glycerin.
  • the material according to the invention can be bleached in order to adapt the coloring. Suitable methods are chemical bleaching, photo-bleaching with oxidizing agents, or a combination of these.
  • the mechanical properties of the material according to the invention can be set in a wide range from flexible to fixed. They can be set in a targeted manner by the type of comminution, the particle size, the type of shaping, for example the mesh size in fiber casting, the pressure during pressing, the type of drying or the optional addition of additives.
  • a fine and small particle size distribution, the application of pressure and / or increased temperature lead to more homogeneous, stronger materials.
  • a solid material can be achieved in particular through a high proportion of green algae by weight.
  • a flexible material on the other hand, can be obtained in particular through a combination of green and brown layers with a crosslinking agent (eg CaCl 2 ).
  • the crosslinking salt can be added before, during or after comminution, but always before drying.
  • the addition of additives can further optimize the material properties; for example, the material can be made more flexible by adding humectants.
  • the material according to the invention preferably has a puncture force of 0.5-50 N, preferably 0.75-20 N, particularly preferably 1-10 N.
  • the puncture force can be measured by means of a puncture test (test machine 2.5 kN, Zwick-Roell) with a blunt or pointed needle, a material geometry of 4 ⁇ 4 cm and a test speed of 50 mm / min.
  • the implementation can be based on DIN EN 14477 for engineering plastics.
  • the material according to the invention preferably has a tensile strength of 1-80
  • the tensile strength can be measured with the aid of a tensile strength test (zwicki 2.5 kN testing machine, Zwick-Roell) with a material geometry of 10 cm ⁇ 1 cm and a speed of 50 mm / min. It can be carried out in the dry state based on DIN EN ISO 1942-2 for plastic films and paper.
  • the material according to the invention preferably has an extensibility of
  • the extensibility can be measured using the above-mentioned measurement methods for puncture force and tensile strength.
  • the material according to the invention preferably has a material thickness (thickness) of 0.1-3 mm, preferably 0.1-1.5 mm, particularly preferably 0.2-1.1 mm.
  • the material thickness can be measured using a scanner or a micrometer screw.
  • material of the invention preferably has a basis weight of 10 2000 g / m 2, preferably 10-1000 g / m 2, more preferably 50-750 g / m 2.
  • the basis weight can be measured with the aid of a scale to determine the weight and a ruler to determine the geometry.
  • the color of the material according to the invention can be fading to deep brown, fading to deep green, fading to deep purple, fading to deep red or gray.
  • the material according to the invention has a slightly maritime to vegetable-like aroma and a closed, homogeneous structure.
  • the material according to the invention contains further biomaterials or bio-based, renewable raw materials.
  • These can be of vegetable or animal origin. Examples are selected from the group consisting of white cabbage, red cabbage, fruit and vegetable grains, sugar beet pulp, fermented or other vegetable residues or side streams, microalgae and fish gelatin.
  • the mixing ratio of green algae to further biomaterial in% by weight is preferably 10:90 to 90:10, preferably 70:30 to 30:70, particularly preferably 75:25, most preferably 90:10 or 10:90 more; .
  • the present invention also relates to a method for producing a material based on macroalgae.
  • the method according to the invention comprises that the macroalgae and / or the further biomaterial a) are optionally cleaned, b) are mixed with water, c) are comminuted, d) are shaped and e) are dried.
  • the method according to the invention enables the direct use of raw macroalgae.
  • no extraction and / or precipitation steps or chemical pretreatment are necessary.
  • pre-treated macroalgae starting material can also be used.
  • the optional cleaning is used to remove sand, mussels and other impurities that can adhere to raw macroalgae in particular.
  • the cleaning can e.g. B. can be done by rinsing the macroalgae with water.
  • the macroalgae are mixed with water, especially drinking water, to form a suspension of macroalgae.
  • the macroalgae preferably have a weight fraction, based on the total weight of the mixture of macroalgae and water, in the range of 2-60% by weight, particularly preferably 3-25% by weight, most preferably 5-10% by weight .
  • another aqueous solution can also be used, e.g. a salt solution or a mixture of water with organic solvents, in particular polar organic solvents.
  • a mixture of water with ethanol is particularly suitable.
  • the suspension of macroalgae is then crushed.
  • the comminuted macroalgae particles preferably have an average particle size in the range from 0.001 to 5 mm, preferably from 0.01-2.5 mm and particularly preferably from 0.05-1.5 mm.
  • the comminution can take place, for example, by means of a rotor-stator system, rotating knives or cyclical comminution processes.
  • the mean particle size can be determined from the particle size distribution as a D 50 value with the aid of wet sieving methods, laser diffraction or image evaluation.
  • Shaping can take place in porous, grid-like or closed molds by means of spray, vacuum, immersion or nozzle processes, such as, for example, fiber casting, fiber injection molding, thermocompression or casting processes.
  • the shaping process can be carried out with the supply of heat and / or pressure, in particular cyclical pressure loading.
  • the metal grid preferably has a mesh size of at least 0.05 mm.
  • the temperature in the shaping process is preferably 30-220 ° C. for 1 s-200 min, preferably 35-180 ° C. for 3 s-180 min, particularly preferably 40-180 ° C. for 5 s-140 min is preferably 40-4000 bar, preferably 50-2500 bar, particularly preferably 60-1000 bar.
  • the drying step can preferably be carried out by applying steam, supply of hot air, infrared radiation or between two or more warm plates, e.g. cast plates, or on mats or metal sheets, which are preferably non-stick coated.
  • the drying takes place preferably at 25-220 ° C, preferably at 30-180 ° C, particularly preferably at 40-140 ° C.
  • the material according to the invention based on macroalgae is suitable as a packaging material, in particular as a packaging material for the transport, preparation and / or consumption of food.
  • the material according to the invention based on macroalgae is suitable as a packaging material for cosmetic products, pharmaceutical products, health products, agricultural products, horticultural products,
  • Animal feed and / or textile and building materials or as tableware, in particular disposable tableware Animal feed and / or textile and building materials or as tableware, in particular disposable tableware.
  • the material according to the invention is suitable as packaging or crockery, e.g. cups or bowls, in particular disposable crockery.
  • the material according to the invention is suitable as a mulch film.
  • the material according to the invention is suitable as an edible substitute for wraps and other foods, e.g. Dürüm or Rollo, in which food is wrapped in an edible casing, e.g. a dough.
  • the macroalgae were suspended in water and crushed to a particle size between 0.05-2.5 mm with the aid of a grinder (eg rotor-stator system).
  • This mixture was either applied to non-stick coated (e.g. PTFE) materials or captured by a fiber casting process with a metal grid with a mesh size of at least 0.05 mm, pressed into shape (40 - 4000 bar) and briefly heated (30 - 220 ° C) for ls - 200 min), in order to then be dried (e.g. circulating or hot air drying, IR drying etc., at 20-220 ° C).
  • the following measurement methods were used on conditioned materials (room temperature 21 ⁇ 2 ° C; relative humidity 53 ⁇ 3%):
  • the puncture load in N was determined with the aid of a puncture test (test machine 2.5 kN, Zwick-Roell) in the direction of pressure with a pointed needle, a material geometry of 4 ⁇ 4 cm and a test speed of 50 mm / min.
  • the implementation was based on DIN EN 14477 for engineering plastics.
  • the tensile load in N was determined with the aid of a tensile strength test (test machine 2.5 kN, Zwick-Roell) in the tensile direction with a material geometry of 10 cm ⁇ 1 cm and a speed of 50 mm / min.
  • the implementation was based on DIN EN ISO 1942-2 for plastic films and paper in the dry state.
  • the elongation in mm was determined within the tensile strength test and / or the puncture test.
  • the elongation was preferably determined using the tensile strength test.
  • the material thickness in mm was determined with the help of a digital micrometer screw.
  • the breakthrough times for oil and water in s, min or h were determined by applying 0.3 ml of oil or water and stopping the time until the substances break through.
  • the macroalga Ulva spp. (e.g. Ulva lactuca) was weighed as 3 g of dried algae in 60 g of water and comminuted with a rotor-stator system for at least 1 min at 25,000 revolutions / min to an average particle size of about 0.50 mm.
  • a flat packaging material was produced from this in the casting process and dried with circulating air at 40 ° C.
  • the material is firm and not very brittle and has an average material thickness of 0.56 mm, a penetration force of 2.98 N and a tensile strength of 9.9 N.
  • the material has an elasticity of at least 0.55 mm.
  • the material is characteristically green in color and has a slightly typical algae odor. Information on this is given in Table 1.
  • the green alga Ulva spp. (e.g. Ulva lactuca) are used with a minimum weight percentage of at least 30%.
  • a flat packaging material was then produced using the casting process and dried with circulating air at 40 ° C.
  • the material obtained is solid and not very brittle and has the material properties given in Table 2.
  • the material has a characteristic greenish-brownish color and has a slightly typical odor.
  • Example 2 Material based on green algae with red or brown algae and other treatments or additives
  • the green alga Ulva spp. (e.g. Ulva lactuca) with a minimum weight fraction of 30 wt. -96 is used.
  • Ulva lactuca e.g. Ulva lactuca
  • a calcium source e.g calcium chloride or shell limestone
  • a flat packaging material was then produced using the casting process and dried with circulating air at 40 ° C.
  • the material is firm and not very brittle and has the material properties given in Table 3.
  • the material has a characteristic greenish-brownish color and has a slightly typical algae odor.
  • Tests R3 and R4 with red algae and heat treatment show, compared to the comparative example, an improved puncture load, tensile strength, oil barrier properties and elasticity with a lower material thickness.
  • the test B4 with brown alga shows an improved elasticity, as it is suitable for a flexible material.
  • Table 3 Examples R3 to R4 and B4 of materials based on green algae with red or brown algae
  • Example 3 Material based on green algae with red or brown algae and other biomaterials
  • the green alga Ulva spp. (e.g. Ulva lactuca) with a minimum weight fraction of 5% by weight are used.
  • Ulva lactuca e.g. Ulva lactuca
  • the green alga Ulva spp. with a minimum weight fraction of 5% by weight are used.
  • Ulva lactuca dried Ulva spp. or about 1.49 g fresh Ulva spp. with eg 0.15 g dried brown alga (eg Fucus spp.) or 0.15 g red alga (eg. Agarophyton spp.) together with red cabbage as additional biomaterial weighed in to 60 g water and with a rotor-stator system at least 1 min crushed at 25,000 revolutions / min.
  • a flat packaging material was then produced using the casting process and dried with circulating air at 40 ° C.
  • the material is firm and not very brittle and has the material properties given in Table 4.
  • the material has a characteristic greenish purple color
  • the test B4 with brown alga shows an improved elasticity, as it is suitable for a flexible material.
  • K6, K7 and K9 and K10 it was possible to improve the barrier properties against oil and water compared to the comparative example (Vi and Kl).
  • Table 4 Examples K2 to K10 of materials based on green algae, optionally red or brown algae and other biomaterials

Landscapes

  • Agricultural Chemicals And Associated Chemicals (AREA)

Abstract

The present invention relates to a material based on macroalgae, which contains green algae and red and/or brown algae and/or at least one further biomaterial; wherein the at least one further biomaterial is selected from the group consisting of white cabbage, red cabbage, fruit and vegetable lees, sugar beet chips, fermented or other vegetable leavings and by-product flows, microalgae and fish gelatins. The invention further relates to a method for the production of said material and the use of said material.

Description

Material auf Basis von Makroalgen Material based on macroalgae
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Material auf der Basis von Makroalgen, das Grünalge sowie Rot- und/ oder Braunalge enthält, ein Verfahren zu dessen Herstellung und die Verwendung des Materials. The present invention relates to a material based on macroalgae which contains green algae and red and / or brown algae, a method for its production and the use of the material.
Der stetig steigende Bedarf an Verpackungsmaterialien verursacht zunehmend Probleme durch ihren Ressourcenverbrauch an fossilen Rohstoffen und ungelöste Entsorgungsfragen, die zu zunehmenden Müllberge und der Anreicherung von Kunststoffen in der Umwelt führen. The steadily increasing demand for packaging materials is increasingly causing problems due to their consumption of fossil raw materials and unsolved disposal issues, which lead to increasing mountains of rubbish and the accumulation of plastics in the environment.
Es besteht daher ein Bedarf an Alternativen zu erdölbasierten Verpackungen, insbesondere für Einwegverpackungen. Ein wichtiger Ansatz sind hierbei Verpackungsmaterialien aus nachwachsenden Rohstoffen, die möglichst zusätzlich bioabbaubar sind. There is therefore a need for alternatives to petroleum-based packaging, in particular for one-way packaging. An important approach here are packaging materials made from renewable raw materials, which are also biodegradable as far as possible.
Bisher findet als nach wachsender Rohstoff häufig Papier Anwendung im Bereich von Verpackungen oder Einweggeschirr. Papier wird aus dem nachwachsenden Rohstoff Holz hergestellt und ist recyclingfähig. Jedoch ist Papier oder Pappe nur bis zu einer gewissen Wiederholungsrate recyclingfähig (Verkürzung der Fasern nach mehreren Recyclingzyklen) und das Recyclingmaterial ist teils ungeeignet für den Einsatz im Lebensmittelbereich (z.B. durch Mineralölrückstände). Weiterhin ist der Herstellungsprozess von Papier sehr ressourcenintensiv und führt zur Monokultivierung bei der Aufforstung von Wäldern, um genügend geeignetes Holz als Rohware für Papier bereit zu stellen. So far, paper has often been used as a growing raw material in the area of packaging or disposable tableware. Paper is made from the renewable raw material wood and is recyclable. However, paper or cardboard can only be recycled up to a certain repetition rate (shortening of the fibers after several recycling cycles) and the recycling material is partly unsuitable for use in the food sector (e.g. due to mineral oil residues). Furthermore, the production process of paper is very resource-intensive and leads to monocultivation in the reforestation of forests in order to provide enough suitable wood as a raw material for paper.
Bekannte Verfahren zur Erzeugung fester, teils flexibler Strukturen und/oder Formen aus biobasierenden Fasern (z.B. Frischholzfasern, Bagasse, Weizenkleie oder auch Altpapier) mit oder ohne Kunststoffanteil sind Faserguss, Faserspritzguss, Thermoformen oder Thermokompression und weitere. Diese Verfahren werden zur Erzeugung von Formteilen aller Art, u.a. Menüschalen für den Lebensmittelbereich, verwendet (Azwa, Z. N.; Yousif, B. F.; Manalo, A. C.; Karunasena, W. (2013): Areview on the degradability of polymeric composites based on natural fibres. In: Materials & Design 47, S. 424-442. DOI: 10.10i6/j.matdes.20i2.11.025; Wysocki, Jerzy (1999): Material for making biodegradable mouldings from bran and method thereof, am 12.06.1999. Veröffentlichungsnr: WO2001039612A1). Known methods for producing solid, partly flexible structures and / or shapes from bio-based fibers (e.g. fresh wood fibers, bagasse, wheat bran or also waste paper) with or without plastic content are fiber casting, fiber injection molding, thermoforming or thermocompression and others. These processes are used to produce molded parts of all kinds, including menu trays for the food sector (Azwa, ZN; Yousif, BF; Manalo, AC; Karunasena, W. (2013): Areview on the degradability of polymeric composites based on natural fibers. In: Materials & Design 47, pp. 424-442.DOI: 10.10i6 / j.matdes.20i2.11.025; Wysocki, Jerzy (1999): Material for making biodegradable moldings from bran and method thereof, on June 12, 1999 : WO2001039612A1).
Jedoch sind diese Materialien meist nicht essbar und bei diesen Verfahren werden regelmäßig Additive oder Imprägnierungsmitteln verwendet, um die gewünschten Barriereeigenschaften zu erreichen. However, these materials are mostly inedible and additives or impregnants are regularly used in these processes in order to achieve the desired barrier properties.
Eine alternative und nachhaltige Rohstoffquelle, die weltweit in Salz- und Süßwasser verfügbar ist, sind Makroalgen. Makroalgen können in drei Gruppen, den Grün-, Rot- und Braunalgen, eingeteilt werden. Die schnelle Biomassegenerierung oder die Produktion durch landunabhängige Systeme auf dem Meer oder in Küstenregionen, genauso wie landbasierte Aquakulturen, zeichnen Makroalgen aus. Ebenso charakteristisch für Makroalgen sind ihr hoher ernährungsphysiologischer Nutzen, der durch Makronährstoffe sowie Spurenelemente und sekundäre Metaboliten, wie Jod oder Polyphenole, gegeben ist. Verzehrt werden Makroalgen in unterschiedlichen Kulturen schon seit Jahrtausenden. Macroalgae are an alternative and sustainable raw material source that is available worldwide in salt and fresh water. Macro algae can be divided into three groups, the green, red and brown algae. The rapid biomass generation or the production by land-independent systems on the sea or in coastal regions, as well as land-based aquacultures, characterize macroalgae. Also characteristic of macroalgae are their high nutritional benefits, which is given by macronutrients as well as trace elements and secondary metabolites such as iodine or polyphenols. Macroalgae have been consumed in various cultures for thousands of years.
Bisherige Anwendungen der Makroalgen im Lebensmittelbereich als essbares Verpackungsmaterial sind beispielsweise Nori-Blätter, die zur Zubereiten von Sushi in Asien verwendet werden. Es ist weiterhin bekannt, dass Braun- oder Rotalgen mittels Extraktionsverfahren behandelt werden, um typische Gelier- oder Dickungsmittel, wie beispielsweise Alginat oder Agar für die Lebensmittel-, Pharma- oder Kosmetikindustrie zu gewinnen. Hierfür erfolgen jedoch immer ein oder mehrere Extraktionsschritte, um die Gelier- oder Dickungsmittel oder Kohlenhydrate und Proteine zu isolieren, zu reinigen und meist rein zur Verfügung zu stellen. Aus diesen unterschiedlichen Extrakten werden zum Teil bioabbaubare und/oder essbare Filme und Coatings (z.B. Alginatfilme, Agar-Filme etc.) für Anwendungen der Lebensmittel- , Pharma-, Agrar- oder Kosmetikindustrie erzeugt. Diese Anwendungen stellen allerdings meist nur sehr dünne, wenig mechanisch stabile und meist transparente oder milchige/opaque Filme oder Folien dar, die sich nicht zum Verpacken von transportfähigen kalten oder heißen Lebensmittel bzw. Speisen eignen. Previous applications of macroalgae in the food sector as edible packaging material are, for example, nori sheets, which are used to prepare sushi in Asia. It is also known that brown or red algae are treated using extraction processes in order to obtain typical gelling or thickening agents such as alginate or agar for the food, pharmaceutical or cosmetic industries. However, one or more extraction steps are always carried out for this in order to isolate the gelling or thickening agents or carbohydrates and proteins, to purify them and usually make them available in pure form. Some of these different extracts are used to produce biodegradable and / or edible films and coatings (e.g. alginate films, agar films, etc.) for applications in the food, pharmaceutical, agricultural or cosmetic industries. However, these applications are mostly only very thin, not mechanically stable and mostly transparent or milky / opaque films or foils, which are not suitable for packaging cold or hot food or meals that can be transported.
Weitere biobasierte Filme und Materialien aus Stärke und Cellulosen sind bekannt und können durch unterschiedliche Verfahren (z.B. Extrusion) zu verschiedenen Verpackungen verarbeitet werden. Jedoch stehen diese Rohstoffe dem Anbau von Futter- und Lebensmitteln auf den Ackerflächen in Konkurrenz. Auch eine Beimischung von Makroalgenextrakten (extrahierte Stärken, Hydrokolloide etc.) oder —pulvern zu Papier, Karton oder Kunststoffen ist bekannt. Other bio-based films and materials made from starch and celluloses are known and can be processed into different packaging using different processes (e.g. extrusion). However, these raw materials compete with the cultivation of fodder and food on arable land. It is also known to add macroalgae extracts (extracted starches, hydrocolloids, etc.) or powders to paper, cardboard or plastics.
Die WO2014/108887A2 offenbart ein essbares Verpackungsmaterial aus Rot- und Braunalgen. Aufgrund der Algenzusammensetzung ist der Jodgehalt sehr hoch. Die Verwendung von Grünalgen wird nicht offenbart. WO2014 / 108887A2 discloses an edible packaging material made from red and brown algae. Due to the composition of the algae, the iodine content is very high. The use of green algae is not disclosed.
Die US2016/0052693A1 betrifft ein Verpackungsmaterial aus Algen. Es muss durch eine synthetische Polymerfolie vor dem Verpackungsgut geschützt werden, da es keine Barriereeigenschaften aufweist. US2016 / 0052693A1 relates to a packaging material made from algae. It must be protected from the packaged goods by a synthetic polymer film, as it has no barrier properties.
Die KR101189105A offenbart eine essbare Folie aus Rotalgen, die aber mindestens einen Weichmacher enthält. KR101189105A discloses an edible film made from red algae, but which contains at least one plasticizer.
Die DE102008053858A1 betrifft die Herstellung von Faserstoffbahnen aus entölten Grün- und Blaualgen. Dabei handelt es sich um Mikroalgen, die vorbehandelt sind.DE102008053858A1 relates to the production of fibrous webs from de-oiled green and blue algae. These are microalgae that have been pretreated.
Weitere im Lebensmittelbereich verwendete essbare Verpackungen oder Transportbehälter stellen beispielsweise Eistüten oder Schalen aus Weizen- oder Maisteigen dar, die durch ausbacken oder frittieren hergestellt werden. Diese Art von Materialien weist nur zum Teil Barriereeigenschaften gegen in den Lebensmitteln enthaltenes Wasser oder Öl auf. Daher sind diese Materialien nur für sehr kurze Anwendungszeiten von wenigen Minuten geeignet. Allen beschriebenen Verfahren ist gleich, dass diese die Makroalgen meist chemisch (z.B. Zugabe von Säure, Salzen, Lösungsmitteln etc.) aufarbeiten und einen Rohstoff extrahieren, modifizieren, reduzieren oder die Makroalge oder deren Bestandteilen vorab filtriert und/oder getrocknet und teilweise zu einem Pulver bestimmter Korngröße verarbeitet werden muss. Dies erhöht zwar die Homogenität des variierenden Ausgangsmaterials, führt aber gleichzeitig zum erhöhen Einsatz von Energie, Chemikalien und Verfahrenstechnik, die das Verfahren teuer machen. Other edible packaging or transport containers used in the food sector are, for example, ice cream cones or bowls made from wheat or corn dough, which are made by baking or deep-frying. This type of material only partially exhibits barrier properties against water or oil contained in the food. Therefore, these materials are only suitable for very short application times of a few minutes. It is common to all of the processes described that they usually process the macroalgae chemically (e.g. adding acid, salts, solvents, etc.) and extract, modify, or reduce a raw material, or the macroalgae or its components are filtered and / or dried beforehand and sometimes to a powder certain grain size must be processed. Although this increases the homogeneity of the varying starting material, it also leads to an increased use of energy, chemicals and process technology, which make the process expensive.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein nachhaltiges Verpackungsmaterial bereitzustehen, das Nachteile des Standes der Technik überwindet, sich insbesondere als Verpackung von Lebensmitteln eignet und vorzugsweise eine verbesserte Durchbruchszeit gegen Öl und Wasser, eine verbesserte Zugfestigkeit sowie eine verbesserte Dehnfähigkeit aufweist. It is therefore the object of the present invention to provide a sustainable packaging material which overcomes the disadvantages of the prior art, is particularly suitable as packaging for food and preferably has an improved break through time against oil and water, an improved tensile strength and an improved elasticity.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Material auf Basis von Makroalgen, wobei das Material ein Gemisch von zumindest zwei Makroalgen umfasst, umfassend a) zumindest eine Grünalge; und b) zumindest eine Rot- und/ oder Braunalge und/ oder zumindest ein weiteres Biomaterial; wobei das zumindest eine weitere Biomaterial ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Weißkohl, Rotkohl, Obst- und Gemüsetreber, Zuckerrübenschnitzel, fermentierte oder weitere pflanzliche Rest- und Nebenströme, Mikroalgen und Fisch- Gelatine. The object is achieved by a material based on macroalgae, the material comprising a mixture of at least two macroalgae, comprising a) at least one green algae; and b) at least one red and / or brown alga and / or at least one further biomaterial; wherein the at least one further biomaterial is selected from the group consisting of white cabbage, red cabbage, fruit and vegetable grains, sugar beet pulp, fermented or other vegetable residues and side streams, microalgae and fish gelatin.
Die Kombination der zwei oder drei Makroalgengruppen ermöglicht eine Verbesserung der Festigkeit, insbesondere der Durchstoßfestigkeit, der Flexibilität, der Barriereeigenschaften gegenüber Öl und Wasser sowie eine Optimierung des Materialvolumens und des Jodgehalts. The combination of the two or three groups of macroalgae enables an improvement in strength, in particular puncture resistance, flexibility, the barrier properties against oil and water and an optimization of the material volume and the iodine content.
Alternativ oder zusätzlich zu der Rot- und/oder Braunalge kann die Grünalge mit einem der genannten weiteren Biomaterialien, vorzugsweise Rotkohl, Weißkohl, Sellerieschalen, Biertreber, Zuckerrübenschnitzel oder Gurken- und Salatresten, besonders bevorzugt Rotkohl, kombiniert werden. Eine entsprechende Kombination führt zur vorteilhaften Barriereeigenschaften gegenüber Wasser und Öl sowie zu verbesserten Zugfestigkeits- und Dehnfähigkeitseigenschaften. As an alternative or in addition to the red and / or brown algae, the green algae can be combined with one of the further biomaterials mentioned, preferably red cabbage, white cabbage, celery peel, brewer's grains, sugar beet pulp or cucumber and salad residues, particularly preferably red cabbage. A corresponding combination leads to advantageous barrier properties against water and oil as well as improved tensile strength and elasticity properties.
Vorteilhafterweise ist das Material auf Basis von Makroalgen biobasiert. Biobasiert bedeutet, dass das Material aus nachwachsenden Rohstoffen, wie z.B. im Meer wachsenden Makroalgen oder aus Aquakultur, gewonnen werden kann. The material is advantageously bio-based on the basis of macroalgae. Bio-based means that the material can be obtained from renewable raw materials, such as macroalgae that grow in the sea or from aquaculture.
Weiterhin ist das Material auf Basis von Makroalgen vorteilhafterweise bioabbaubar. Bioabbaubar bedeutet, dass sich ein Material nach einer festgeschriebenen Zeit unter definierten Temperatur-, Sauerstoff und Feuchtebedingungen in der Anwesenheit von Mikroorganismen oder Pilzen zu mehr als 90 Prozent zu Wasser, Kohlendioxid (C02) und Biomasse abgebaut haben muss. Zudem ist das Material auf Basis von Makroalgen vorteilhafterweise kompostierbar. Kompostierbar bedeutet, dass das Material in einer festgeschriebenen Zeit in großtechnischen Kompostieranlagen oder wässrigen Medien zu mindestens 90 Prozent abgebaut haben muss. Dabei ermöglicht das Makromaterial auch die Aufarbeitung zu wertvollen Kompostbestandteilen, wie z.B. Nährstoffen und Mineralien oder bodenverbessernder Humus. Furthermore, the material based on macroalgae is advantageously biodegradable. Biodegradable means that a material must have degraded to more than 90 percent to water, carbon dioxide (C0 2 ) and biomass after a specified time under defined temperature, oxygen and humidity conditions in the presence of microorganisms or fungi. In addition, the material based on macroalgae is advantageously compostable. Compostable means that the material must have degraded to at least 90 percent in a specified time in large-scale composting plants or in aqueous media. The macromaterial also enables valuable compost components to be processed, such as nutrients and minerals or soil-improving humus.
Das erfindungsgemäße Material auf Basis von Makroalgen erfüllt die Anforderungen der DIN EN 13432 und DIN EN 14995. The material according to the invention based on macroalgae meets the requirements of DIN EN 13432 and DIN EN 14995.
Weiterhin ist das Material auf Basis von Makroalgen vorteilhafterweise essbar. Essbar bedeutet, dass das Material zum Verzehr durch den Menschen geeignet sowie vorgesehen ist und keine gesundheitsschädlichen Inhaltsstoffe enthält. Ferner eignet sich das Material auch als Futtermittel. Furthermore, the material based on macroalgae is advantageously edible. Edible means that the material is suitable and intended for human consumption and does not contain any harmful ingredients. The material is also suitable as a feed.
Grünalgen sind insbesondere Makroalgen der Gruppe ( Phylum ) Chlorophyta. Bevorzugte Grünalgen sind ausgewählt aus der Klasse der Ulvophyceae mit dem Genus Ulva insbesondere Ulva lactuca und Ulva spp. Green algae are especially macroalgae of the group (phylum) Chlorophyta. Preferred green algae are selected from the class of the Ulvophyceae with the genus Ulva, in particular Ulva lactuca and Ulva spp.
Rotalgen sind insbesondere Makroalgen der Gruppe ( Phylum ) Rhodophyta. Bevorzugte Rotalgen sind ausgewählt aus Klassen der Bangiophyceae und Florideophyceae mit den Genera Mastocarpus spp., insbesondere Mastocarpus stellatus; Chondrus spp.; Agarophyton spp., insbesondere Agarophyton vermiculophyllum (vorher Gracilaria vermiculophylla ); und Porphyra, insbesondere Porphyra umbilicalis. Red algae are especially macroalgae of the group (phylum) Rhodophyta. Preferred red algae are selected from classes of the Bangiophyceae and Florideophyceae with the genera Mastocarpus spp., In particular Mastocarpus stellatus; Chondrus spp .; Agarophyton spp., In particular Agarophyton vermiculophyllum (previously Gracilaria vermiculophylla); and Porphyra, especially Porphyra umbilicalis.
Braunalgen sind insbesondere Makroalgen der Gruppe ( Phylum Ochrophyta ) Heterokontophyta. Bevorzugte Braunalgen sind ausgewählt aus der Klasse der Phaeophyceae mit den Genera Sargassum, insbesondere Sargassum muücum; Saccharina, insbesondere Saccharina latissima; Laminaria, Ascophyllum, Undaria und Fucus, insbesondere Fucus spiralis, Fucus versicolusus, Fucus serratus und Fucus spp. Brown algae are especially macroalgae of the group (Phylum Ochrophyta) Heterokontophyta. Preferred brown algae are selected from the class of the Phaeophyceae with the Genera Sargassum, in particular Sargassum muücum; Saccharina, especially Saccharina latissima; Laminaria, Ascophyllum, Undaria and Fucus, in particular Fucus spiralis, Fucus versicolusus, Fucus serratus and Fucus spp.
Angaben von Gew-% beziehen sich stets auf das Gesamtgewicht des getrockneten Materials auf Basis von Makroalgen, wenn nicht anders angegeben. Als getrocknet gilt das Material auf Basis von Makroalgen bei einem Restwassergehalt von etwa 10 Gew.-Details of% by weight always relate to the total weight of the dried material based on macroalgae, unless otherwise stated. The material based on macroalgae with a residual water content of about 10 wt.
%. %.
Die angegebenen Prozentangaben überschreiten addiert einen Wert von insgesamt 100 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Materials, nicht. The stated percentages do not add up to a total of 100 percent by weight, based on the total weight of the material.
Das erfindungsgemäße Material kann Grünalge im Bereich von 5-99 Gewichtsprozent, vorzugsweise 10-99 Gewichtsprozent, vorzugsweise 50-95 Gewichtsprozent, bevorzugt 60-85 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt 70-80 Gewichtsprozent enthalten. Diese Mengen sind insbesondere dann bevorzugt, wenn das erfindungsgemäße Material Grünalge, Rot- und/oder Braunalge aber kein weiteres Biomaterial umfasst. Das erfmdungsgemäße Material kann Grünalge im Bereich von 5-90 Gewichtsprozent, vorzugsweise 5-70 Gewichtsprozent, vorzugsweise 5-50 Gewichtsprozent, bevorzugt 5- 30 Gewichtsprozent. Diese Mengen sind insbesondere dann bevorzugt, wenn das erfindungsgemäße Material Grünalge, optional Rot- und/oder Braunalge und ein weiteres Biomaterial, vorzugsweise Rotkohl, Weißkohl, Sellerieschalen, Biertreber, Zuckerrübenschnitzel oder Gurken- und Salatresten, besonders bevorzugt Rotkohl, umfasst. The material according to the invention can contain green algae in the range of 5-99 percent by weight, preferably 10-99 percent by weight, preferably 50-95 percent by weight, preferably 60-85 percent by weight, particularly preferably 70-80 percent by weight. These amounts are particularly preferred when the material according to the invention comprises green algae, red and / or brown algae but no further biomaterial. The material according to the invention can contain green algae in the range of 5-90 percent by weight, preferably 5-70 percent by weight, preferably 5-50 percent by weight, preferably 5-30 percent by weight. These amounts are particularly preferred when the material according to the invention comprises green algae, optionally red and / or brown algae and another biomaterial, preferably red cabbage, white cabbage, celery peels, brewer's grains, sugar beet pulp or cucumber and salad residues, particularly preferably red cabbage.
Das erfindungsgemäße Material kann Rotalge im Bereich von 1-90 Gewichtsprozent, vorzugsweise 5-50 Gewichtsprozent, bevorzugt 15-40 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt 20-30 Gewichtsprozent, alternativ 5-20 Gewichtsprozent, enthalten. The material according to the invention can contain red algae in the range of 1-90 percent by weight, preferably 5-50 percent by weight, preferably 15-40 percent by weight, particularly preferably 20-30 percent by weight, alternatively 5-20 percent by weight.
Das erfindungsgemäße Material kann Braunalge im Bereich von 0,1-90 Gewichtsprozent, vorzugsweise 5-50 Gewichtsprozent, bevorzugt 15-40 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt 20-30 Gewichtsprozent, alternativ 5-20 Gewichtsprozent, enthalten. The material according to the invention can contain brown algae in the range of 0.1-90 percent by weight, preferably 5-50 percent by weight, preferably 15-40 percent by weight, particularly preferably 20-30 percent by weight, alternatively 5-20 percent by weight.
Das erfindungsgemäße Material kann weiteres Biomaterial im Bereich von 1-95 Gewichtsprozent, vorzugsweise 5-95 Gewichtsprozent, darüber hinaus bevorzugt 10- 90 Gewichtsprozent, enthalten. Alternativ, insbesondere wenn das erfmdungsgemäße Material neben Grünalge auch Rot- und/oder Braunalge enthält, kann das weitere Biomaterial, vorzugsweise Rotkohl, Weißkohl, Sellerieschalen, Biertreber, Zuckerrübenschnitzel oder Gurken- und Salatresten, besonders bevorzugt Rotkohl, in einer Menge von 5-30 Gewichtsprozent, vorzugsweise 10-25 Gewichtsprozent, enthalten. The material according to the invention can contain further biomaterial in the range of 1-95 percent by weight, preferably 5-95 percent by weight, furthermore preferably 10-90 percent by weight. Alternatively, especially if the material according to the invention also contains red and / or brown algae in addition to green algae, the further biomaterial, preferably red cabbage, white cabbage, celery peels, brewer's grains, sugar beet pulp or cucumber and salad residues, particularly preferably red cabbage, can be used in an amount of 5-30 Percent by weight, preferably 10-25 percent by weight.
Bevorzugt ist ein Material, das Grünalge im Bereich von 50-90 Gew. -96 und Rotalge im Bereich von 10-50 Gew.-% enthält. A material is preferred which contains green algae in the range of 50-90% by weight and red algae in the range of 10-50% by weight.
Bevorzugt ist ein Material, das Grünalge im Bereich von 50-99 Gew. -96 und Braunalge im Bereich von 1-50 Gew.-% enthält. A material is preferred which contains green algae in the range of 50-99% by weight and brown algae in the range of 1-50% by weight.
Besonders bevorzugt ist ein Material, das Grünalge im Bereich von 50-90 Gew. -96, Rotalge im Bereich von 5-45 Gew. -96 Braunalge im Bereich von 5-45 Gew. -96 enthält.Particularly preferred is a material which contains green algae in the range of 50-90 wt. -96, red algae in the range of 5-45 wt. -96, brown algae in the range of 5-45 wt. -96.
Darüber hinaus bevorzugt ist ein Material, das Grünalge in einem Bereich von 5-95 Gewichtsprozent, vorzugsweise 5-70 Gewichtsprozent, darüber hinaus bevorzugt 5-55 Gewichtsprozent; und weiteres Biomaterial, vorzugsweise Rotkohl, Weißkohl, Sellerieschalen, Biertreber, Zuckerrübenschnitzel oder Gurken- und Salatresten, besonders bevorzugt Rotkohl, in einem Bereich von 5-95 Gewichtsprozent, vorzugsweise 70-95 Gewichtsprozent, enthält. In addition, a material is preferred which contains green algae in a range of 5-95 percent by weight, preferably 5-70 percent by weight, furthermore preferably 5-55 percent by weight; and further biomaterial, preferably red cabbage, white cabbage, celery peel, brewer's grains, sugar beet pulp or cucumber and salad residues, particularly preferably red cabbage, in a range of 5-95 percent by weight, preferably 70-95 percent by weight.
Darüber hinaus bevorzugt ist ein Material, das Grünalge in einem Bereich von 5-95 Gewichtsprozent, vorzugsweise 5-70 Gewichtsprozent, darüber hinaus bevorzugt 5-55 Gewichtsprozent, vorzugsweise 5-30 Gewichtsprozent; Rot- und/oder Braunalge in einem Bereich von 5-30 Gewichtsprozent, vorzugsweise 5-20 Gewichtsprozent; und weiteres Biomaterial, vorzugsweise Rotkohl, Weißkohl, Sellerieschalen, Biertreber, Zuckerrübenschnitzel oder Gurken- und Salatresten, besonders bevorzugt Rotkohl, in einem Bereich von 5-95 Gewichtsprozent, vorzugsweise 10-90 Gewichtsprozent, alternativ 10-25 Gewichtsprozent, enthält. In addition, a material is preferred which contains green algae in a range of 5-95 percent by weight, preferably 5-70 percent by weight, furthermore preferably 5-55 percent by weight, preferably 5-30 percent by weight; Red and / or brown algae in a range of 5-30 percent by weight, preferably 5-20 percent by weight; and other biomaterial, preferably red cabbage, white cabbage, celery peels, brewer's grains, Sugar beet pulp or cucumber and salad residues, particularly preferably red cabbage, in a range of 5-95 percent by weight, preferably 10-90 percent by weight, alternatively 10-25 percent by weight.
Besonders bevorzugt ist ein Material, enthaltend 1-10 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 5 Gewichtsprozent, Grünalge; 1-10 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 5 Gewichtsprozent, Rot- und/oder Braunalge; und 80-98 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 90 Gewichtsprozent, weiteres Biomaterial, vorzugsweise Rotkohl, Weißkohl, Sellerieschalen oder Gurken- und Salatresten, besonders bevorzugt Rotkohl. Ebenso bevorzugt ist ein Material, umfassend etwa 10 Gewichtsprozent Grünalge und etwa 90 Gewichtsprozent weiteres Biomaterial, vorzugsweise Rotkohl, Weißkohl, Sellerieschalen, Biertreber, Zuckerrübenschnitzel oder Gurken- und Salatresten, besonders bevorzugt Rotkohl. „Etwa“ in diesem Zusammenhang bedeutet, ±3 Gewichtsprozent, vorzugsweise ±2 Gewichtsprozent, vorzugsweise ±1 Gewichtsprozent. Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Material im Wesentlichen frei von Mikroalgen, bevorzugt frei von Mikroalgen. Particularly preferred is a material containing 1-10 percent by weight, preferably about 5 percent by weight, green algae; 1-10 percent by weight, preferably about 5 percent by weight, red and / or brown algae; and 80-98 percent by weight, preferably about 90 percent by weight, further biomaterial, preferably red cabbage, white cabbage, celery peel or cucumber and salad residues, particularly preferably red cabbage. Likewise preferred is a material comprising about 10 percent by weight of green algae and about 90 percent by weight of further biomaterial, preferably red cabbage, white cabbage, celery husks, brewer's grains, sugar beet pulp or cucumber and salad residues, particularly preferably red cabbage. “About” in this context means ± 3 percent by weight, preferably ± 2 percent by weight, preferably ± 1 percent by weight. The material according to the invention is preferably essentially free from microalgae, preferably free from microalgae.
Vorzugsweise besteht das erfindungsgemäße Material aus Grünalge sowie Rot und/oder Braunalge und/oder weiterem Biomaterial, wobei das zumindest eine weitere Biomaterial ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Weißkohl, Rotkohl, Obst- und Gemüsetreber, Zuckerrübenschnitzel, fermentierte oder weitere pflanzliche Rest- und Nebenströme, Mikroalgen und Fisch-Gelatine, vorzugsweise Rotkohl, Weißkohl, Sellerieschalen oder Gurken- und Salatresten, besonders bevorzugt Rotkohl. The material according to the invention preferably consists of green algae as well as red and / or brown algae and / or further biomaterial, the at least one further biomaterial being selected from the group consisting of white cabbage, red cabbage, fruit and vegetable grains, sugar beet pulp, fermented or other vegetable residues and side streams, microalgae and fish gelatin, preferably red cabbage, white cabbage, celery peel or cucumber and salad residues, particularly preferably red cabbage.
Die Makroalgen können frisch bzw. roh verwendet werden. Es ist aber grundsätzlich auch möglich, vorbehandelte Makroalgen zu verwenden, die z.B. bereits getrocknet, gemahlen oder extrahiert wurden. Geeignete Makroalgen stammen aus natürlichen Quellen, wie sie auf der ganzen Welt zu finden sind, marinen und landbasierten Aquakulturen oder aus Verarbeitungsprozessen von Makroalgen, wie z.B. der Agarextraktion. The macroalgae can be used fresh or raw. In principle, however, it is also possible to use pre-treated macroalgae that have already been dried, ground or extracted, for example. Suitable macroalgae come from natural sources as they can be found all over the world, marine and land-based aquacultures or from processing processes of macroalgae, such as agar extraction.
Es hat sich ferner vorteilhaft gezeigt, dass das erfindungsgemäße Material einen ernährungsphysiologischen Mehrwert bietet, wenn keine zusätzlichen Additive hinzugefügt werden, die seiner Essbarkeit entgegenstehen. Das erfindungsgemäße Material zeichnet sich durch einen vorteilhaften Jodgehalt, Mineralstoffgehalt, Ballaststoffgehalt und Gehalt von sekundären Metaboliten aus. Insbesondere der Jodgehalt wird durch die Verwendung der verschiedenen Makroalgenstämme auf ein für die Mehrheit der Weltbevölkerung zuträgliches Maß gesenkt. Der Jodgehalt wird insbesondere durch den Grünalgenanteil gesenkt, da der Jodgehalt in Grünalgen, wie z.B. Ulva spp., um bis zu mehr als das 20-fache kleiner ist als der Jodgehalt in Rotalgen, z.B. Agarophyton mit 1100 mg Jod/kg. Ferner kann der Salzgehalt eines in dem erfindungsgemäßen Material verpackten Lebensmittels reduziert werden, was einen weiteren ernährungsphysiologischen Vorteil bietet. Weiterhin kann der Jodgehalt zusätzlich durch das Waschen der Makroalgen gesenkt werden. Vorzugsweise enthält das erfindungsgemäße Material weniger als 50 mg Jod/kg, bevorzugt weniger als 30 mg Jod/kg, besonders bevorzugt weniger als 20 mg Jod/kg. Das erfindungsgemäße Material kann eine restfeuchte Gehalt im Bereich von 5-65 Gewichtsprozent, bevorzugt 5-45 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt 5-25 Gewichtsprozent aufweisen. It has furthermore been shown to be advantageous that the material according to the invention offers nutritional-physiological added value if no additional additives are added which prevent it from being edible. The material according to the invention is characterized by an advantageous iodine content, mineral content, fiber content and content of secondary metabolites. In particular, the iodine content is reduced to a level that is beneficial for the majority of the world's population through the use of various macroalgae strains. The iodine content is reduced in particular by the proportion of green algae, since the iodine content in green algae, such as Ulva spp., Is up to more than 20 times lower than the iodine content in red algae, e.g. agarophyton with 1100 mg iodine / kg. Furthermore, the salt content of a food packaged in the material according to the invention can be reduced, which offers a further nutritional-physiological advantage. The iodine content can also be reduced by washing the macroalgae. The material according to the invention preferably contains less than 50 mg iodine / kg, preferably less than 30 mg iodine / kg, particularly preferably less than 20 mg iodine / kg. The material according to the invention can have a residual moisture content in the range of 5-65 percent by weight, preferably 5-45 percent by weight, particularly preferably 5-25 percent by weight.
Das erfindungsgemäße Material kann einen pH-Wert im Bereich von 4, 0-9,0, bevorzugt im Bereich von 5, 0-8,0 und besonders bevorzugt im Bereich von 6, 0-7,5 aufweisen. The material according to the invention can have a pH in the range from 4.0-9.0, preferably in the range from 5.0-8.0 and particularly preferably in the range from 6.0-7.5.
Das erfindungsgemäße Material kann zusätzlich Additive enthalten. Die Additive können in einem Bereich von o bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 5 Gew.-%, bevorzugt 2 bis 3 Gew. -96 enthalten sein. Geeignete Additive sind etwa lebensmitteltaugliche Additive ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Vernetzungsmitteln, z.B. Salzen wie CaCl2 oder CaC03, Muschelkalk; Enzymen, z.B. Transglutaminase; Imprägnierungsmitteln, z.B. Fetten, Wachsen und Emulsionen; Säuren, z.B. Salzsäure; Basen, z.B. Natriumhydroxid; Feuchthaltemitteln, z.B. Glycerin; Aroma- und Farbstoffen; Antioxidationsmitteln, z.B. Ascorbinsäure; und Konservierungsstoffen, z.B. Sorbinsäure und deren Salze. Besonders geeignete Additive sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus lebensmitteltauglichen Vernetzungsmitteln, z.B. CaCl2, Muschelkalk; Imprägnierungsmitteln, z.B. Wachsen und Emulsionen; Säuren, z.B. Salzsäure; Basen, z.B. Natriumhydroxid; und Feuchthaltemitteln, z.B. Glycerin. The material according to the invention can additionally contain additives. The additives can be present in a range from 0 to 10% by weight, preferably 1 to 5% by weight, preferably 2 to 3% by weight. Suitable additives are, for example, food grade additives selected from the group consisting of crosslinking agents, for example salts such as CaCl 2 or CaC0 3 , shell limestone; Enzymes, for example transglutaminase; Impregnating agents, for example fats, waxes and emulsions; Acids, for example hydrochloric acid; Bases, for example sodium hydroxide; Humectants such as glycerin; Flavorings and colors; Antioxidants such as ascorbic acid; and preservatives such as sorbic acid and its salts. Particularly suitable additives are selected from the group consisting of food-grade crosslinking agents, for example CaCl 2 , shell limestone; Impregnating agents, for example waxes and emulsions; Acids, for example hydrochloric acid; Bases, for example sodium hydroxide; and humectants such as glycerin.
Gegebenenfalls kann das erfindungsgemäße Material gebleicht werden, um die Farbgebung anzupassen. Geeignete Methoden sind chemisches Bleichen, Photobleichen mit Oxidationsmitteln oder deren Kombination. If necessary, the material according to the invention can be bleached in order to adapt the coloring. Suitable methods are chemical bleaching, photo-bleaching with oxidizing agents, or a combination of these.
Die mechanischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Materials sind in einem weiten Bereich von flexibel bis fest einstellbar. Sie können durch die Art der Zerkleinerung, die Partikelgröße, die Art der Formgebung, z.B. die Maschenweite beim Faserguss, dem Druck bei der Pressung, der Art der Trocknung oder durch die optionale Zugabe von Additiven gezielt eingestellt werden. Eine feine und kleine Partikelgrößenverteilung, die Anwendung von Druck und/oder erhöhter Temperatur führen zu homogeneren, festeren Materialien. Dabei kann ein festes Material insbesondere durch einen hohen Gewichtanteil von Grünalge erreicht werden. Ein flexibles Material kann hingegen insbesondere durch eine Kombination aus Grün- und Braunlage mit einem Vernetzungsmittel (z.B. CaCl2) erhalten werden. Dabei kann das Vernetzungssalz vor, während oder nach der Zerkleinerung aber immer vor der Trocknung zugegeben werden. Die Zugabe von Additiven kann die Materialeigenschaften weiter optimieren, beispielsweise kann durch die Zugabe von Feuchthaltemitteln das Material flexibler gestaltet werden. The mechanical properties of the material according to the invention can be set in a wide range from flexible to fixed. They can be set in a targeted manner by the type of comminution, the particle size, the type of shaping, for example the mesh size in fiber casting, the pressure during pressing, the type of drying or the optional addition of additives. A fine and small particle size distribution, the application of pressure and / or increased temperature lead to more homogeneous, stronger materials. A solid material can be achieved in particular through a high proportion of green algae by weight. A flexible material, on the other hand, can be obtained in particular through a combination of green and brown layers with a crosslinking agent (eg CaCl 2 ). The crosslinking salt can be added before, during or after comminution, but always before drying. The addition of additives can further optimize the material properties; for example, the material can be made more flexible by adding humectants.
Das erfindungsgemäße Material weist vorzugsweise eine Durchstoßkraft von 0,5-50 N, bevorzugt 0,75-20 N, besonders bevorzugt 1-10 N auf. Die Durchstoßkraft kann mittels einer Durchstoßprüfung (Prüfmaschine zwicki 2,5 kN, Firma Zwick-Roell) stumpfer oder spitzer Nadel, einer Materialgeometrie von 4 x 4 cm und einer Prüfgeschwindigkeit von 50 mm/min gemessen werden. Die Durchführung kann in Anlehnung an die DIN EN 14477 für technische Kunststoffe erfolgen. Ferner weist das erfindungsgemäße Material vorzugsweise eine Zugfestigkeit von 1-80The material according to the invention preferably has a puncture force of 0.5-50 N, preferably 0.75-20 N, particularly preferably 1-10 N. The puncture force can be measured by means of a puncture test (test machine 2.5 kN, Zwick-Roell) with a blunt or pointed needle, a material geometry of 4 × 4 cm and a test speed of 50 mm / min. The implementation can be based on DIN EN 14477 for engineering plastics. Furthermore, the material according to the invention preferably has a tensile strength of 1-80
N, bevorzugt 5-50 N, besonders bevorzugt 10-30 N. auf. Die Zugfestigkeit kann mit Hilfe eines Zugfestigkeitstests (Prüfmaschine zwicki 2,5 kN, Firma Zwick-Roell) mit einer Materialgeometrie von 10 cm x 1 cm und einer Geschwindigkeit von 50 mm/min gemessen werden. Die Durchführung kann in Anlehnung an die DIN EN ISO 1942-2 für Kunststofffolien und Papier im trockenen Zustand erfolgen. N, preferably 5-50 N, particularly preferably 10-30 N. The tensile strength can be measured with the aid of a tensile strength test (zwicki 2.5 kN testing machine, Zwick-Roell) with a material geometry of 10 cm × 1 cm and a speed of 50 mm / min. It can be carried out in the dry state based on DIN EN ISO 1942-2 for plastic films and paper.
Weiterhin weist das erfindungsgemäße Material vorzugsweise eine Dehnbarkeit vonFurthermore, the material according to the invention preferably has an extensibility of
O,1 bis 50 mm, bevorzugt 0,15-10 mm, besonders bevorzugt 0,2-5 mm auf. Die Dehnbarkeit kann im Rahmen der oben genannten Messmethoden zu Durchstoßkraft und Zugfestigkeit gemessen werden. 0.1 to 50 mm, preferably 0.15-10 mm, particularly preferably 0.2-5 mm. The extensibility can be measured using the above-mentioned measurement methods for puncture force and tensile strength.
Außerdem weist das erfindungsgemäße Material vorzugsweise eine Materialstärke (Dicke) von 0,1-3 mm, bevorzugt o, 1-1,5 mm, besonders bevorzugt o, 2-1,1 mm auf. Die Materialstärke kann mittels Abtaster oder Mikrometerschraube gemessen werden.In addition, the material according to the invention preferably has a material thickness (thickness) of 0.1-3 mm, preferably 0.1-1.5 mm, particularly preferably 0.2-1.1 mm. The material thickness can be measured using a scanner or a micrometer screw.
Zudem weist das erfindungsgemäße Material vorzugsweise ein Flächengewicht von 10- 2000 g/m2, bevorzugt 10-1000 g/m2, besonders bevorzugt 50-750 g/m2 auf. Das Flächengewicht kann mit Hilfe eine Waage zur Bestimmung des Gewichtes und eines Lineals zur Bestimmung der Geometrie gemessen werden. In addition, material of the invention preferably has a basis weight of 10 2000 g / m 2, preferably 10-1000 g / m 2, more preferably 50-750 g / m 2. The basis weight can be measured with the aid of a scale to determine the weight and a ruler to determine the geometry.
In Abhängigkeit von der Zusammensetzung kann die Farbe des erfindungsgemäßen Materials verblassend bis kräftig braun, verblassend bis kräftig grün, verblassend bis kräftig violett, verblassend bis kräftig rot oder grau sein. Depending on the composition, the color of the material according to the invention can be fading to deep brown, fading to deep green, fading to deep purple, fading to deep red or gray.
In Abhängigkeit von der Zusammensetzung weist das erfindungsgemäße Material sensorisch ein leicht maritimes bis gemüseartiges Aroma sowie eine geschlossene, homogene Struktur auf. Depending on the composition, the material according to the invention has a slightly maritime to vegetable-like aroma and a closed, homogeneous structure.
In einer Ausführungsform enthält das erfindungsgemäße Material weitere Biomaterialien oder biobasierte, nachwachsende Rohstoffe. Diese können pflanzlichen oder tierischen Ursprungs sein. Beispiele sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Weißkohl, Rotkohl, Obst- und Gemüsetreber, Zuckerrübenschnitzel, fermentierte oder weitere pflanzliche Rest- oder Nebenströme, Mikroalgen und Fisch-Gelatine. Das Mischungsverhältnis von Grünalge zu weiterem Biomaterial beträgt in Gew.-% vorzugsweise 10:90 bis 90:10, bevorzugt 70:30 bis 30:70, besonders bevorzugt 75:25, am meisten bevorzugt 90:10 oder 10:90 mehr; . In one embodiment, the material according to the invention contains further biomaterials or bio-based, renewable raw materials. These can be of vegetable or animal origin. Examples are selected from the group consisting of white cabbage, red cabbage, fruit and vegetable grains, sugar beet pulp, fermented or other vegetable residues or side streams, microalgae and fish gelatin. The mixing ratio of green algae to further biomaterial in% by weight is preferably 10:90 to 90:10, preferably 70:30 to 30:70, particularly preferably 75:25, most preferably 90:10 or 10:90 more; .
In einer weiteren Ausführungsform werden mehrere Lagen des erfindungsgemäßen Materials kombiniert. Die jeweiligen Lagen können die gleiche oder eine unterschiedliche Zusammensetzung aufweisen. Grundsätzlich ist auch die Kombination mit Lagen aus anderen Materialien möglich. In a further embodiment, several layers of the material according to the invention are combined. The respective layers can have the same or a different composition. In principle, the combination with layers made of other materials is also possible.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Materials auf Basis von Makroalgen. Das erfmdungsgemäße Verfahren umfasst, dass die Makroalgen und/ oder das weitere Biomaterial a) gegebenenfalls gereinigt werden, b) mit Wasser gemischt werden, c) zerkleinert werden, d) in Form gebracht werden und e) getrocknet werden. The present invention also relates to a method for producing a material based on macroalgae. The method according to the invention comprises that the macroalgae and / or the further biomaterial a) are optionally cleaned, b) are mixed with water, c) are comminuted, d) are shaped and e) are dried.
Das erfmdungsgemäße Verfahren ermöglicht die direkte Nutzung von Rohmakroalgen. Insbesondere sind keine Extraktions- und/ oder Fällungschritte oder eine chemische Vorbehandlung notwendig. Es kann aber auch vorbehandeltes Makroalgenausgangsmaterial verwendet werden. The method according to the invention enables the direct use of raw macroalgae. In particular, no extraction and / or precipitation steps or chemical pretreatment are necessary. However, pre-treated macroalgae starting material can also be used.
Die optionale Reinigung dient der Entfernung von Sand, Muscheln und anderen Verunreinigungen, die insbesondere rohen Makroalgen anhaften können. Die Reinigung kann z. B. durch Abspülen der Makroalgen mit Wasser erfolgen. The optional cleaning is used to remove sand, mussels and other impurities that can adhere to raw macroalgae in particular. The cleaning can e.g. B. can be done by rinsing the macroalgae with water.
Die Makroalgen werden mit Wasser, insbesondere Trinkwasser, zu einer Suspension von Makroalgen gemischt. Bevorzugt weisen die Makroalgen einen Gewichtsanteil, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung von Makroalgen und Wasser, im Bereich von 2-60 Gew.-%, besonders bevorzugt 3-25 Gew.-%, am meisten bevorzugt 5- 10 Gew. -96 auf. Anstatt Wasser kann auch eine andere wässrige Lösung verwendet werden, z.B. eine Salzlösung oder eine Mischung von Wasser mit organischen Lösungsmitteln, insbesondere polaren organischen Lösungsmitteln. Besonders geeignet ist eine Mischung von Wasser mit Ethanol. The macroalgae are mixed with water, especially drinking water, to form a suspension of macroalgae. The macroalgae preferably have a weight fraction, based on the total weight of the mixture of macroalgae and water, in the range of 2-60% by weight, particularly preferably 3-25% by weight, most preferably 5-10% by weight . Instead of water, another aqueous solution can also be used, e.g. a salt solution or a mixture of water with organic solvents, in particular polar organic solvents. A mixture of water with ethanol is particularly suitable.
Die Suspension von Makroalgen wird anschließend zerkleinert. Vorzugsweise weisen die zerkleinerten Makroalgenpartikel eine mittlere Partikelgröße im Bereich von 0,001 bis 5 mm, bevorzugt von 0,01-2,5 mm und besonders bevorzugt von 0,05-1,5 mm auf. Die Zerkleinerung kann beispielsweise durch ein Rotor-Stator-System, rotierende Messer oder zyklische Verkleinerungsverfahren erfolgen. Die mittlere Partikelgröße kann über die Partikelgrößenverteilung als D50-Wert mit Hilfe von Nasssiebverfahren, Laserbeugung oder per Bildauswertung ermittelt werden. The suspension of macroalgae is then crushed. The comminuted macroalgae particles preferably have an average particle size in the range from 0.001 to 5 mm, preferably from 0.01-2.5 mm and particularly preferably from 0.05-1.5 mm. The comminution can take place, for example, by means of a rotor-stator system, rotating knives or cyclical comminution processes. The mean particle size can be determined from the particle size distribution as a D 50 value with the aid of wet sieving methods, laser diffraction or image evaluation.
Die Formgebung kann in porösen, gitterartigen oder geschlossenen Formen mittels Sprüh-, Vakuum-, Tauch- oder Düsenverfahren, wie z.B. Faserguss- Faserspritzguss, Thermokompressions- oder Castingverfahren, erfolgen. Die Formgebungs verfahren können unter Wärmezufuhr und/oder Druck, insbesondere zyklische Druckbelastung, durchgeführt werden. Im Fasergussverfahren hat das Metallgitter vorzugsweise eine Maschenweite von mindestens 0,05 mm. Die Temperatur im Formgebungsverfahren beträgt vorzugsweise 30-220 °C für 1 s-200 min, bevorzugt 35-180 °C für 3 s-180 min, besonders bevorzugt 40-180 °C für 5 s-140 min. Der Druck im Formgebungs verfahren beträgt vorzugsweise 40-4000 bar, bevorzugt 50-2500 bar, besonders bevorzugt 60- 1000 bar. Shaping can take place in porous, grid-like or closed molds by means of spray, vacuum, immersion or nozzle processes, such as, for example, fiber casting, fiber injection molding, thermocompression or casting processes. The shaping process can be carried out with the supply of heat and / or pressure, in particular cyclical pressure loading. In the fiber casting process, the metal grid preferably has a mesh size of at least 0.05 mm. The temperature in the shaping process is preferably 30-220 ° C. for 1 s-200 min, preferably 35-180 ° C. for 3 s-180 min, particularly preferably 40-180 ° C. for 5 s-140 min is preferably 40-4000 bar, preferably 50-2500 bar, particularly preferably 60-1000 bar.
Der Trocknungsschritt kann vorzugsweise durch Dampfaufschlag, Heißluftzufuhr, Infrarotbestrahlung oder zwischen zwei oder mehreren warmen Platten, z.B. Gussplatten, oder auf Matten oder Blechen, die vorzugsweise anti-haftbeschichtet sind, erfolgen. Die Trocknung erfolgt vorzugsweise bei 25-220 °C, bevorzugt bei 30- 180 °C, besonders bevorzugt bei 40-140 °C. The drying step can preferably be carried out by applying steam, supply of hot air, infrared radiation or between two or more warm plates, e.g. cast plates, or on mats or metal sheets, which are preferably non-stick coated. The drying takes place preferably at 25-220 ° C, preferably at 30-180 ° C, particularly preferably at 40-140 ° C.
Das erfindungsgemäße Material auf Basis von Makroalgen eignet sich als Verpackungsmaterial, insbesondere als Verpackungsmaterial für den Transport, die Zubereitung und/oder den Verzehr von Lebensmitteln. The material according to the invention based on macroalgae is suitable as a packaging material, in particular as a packaging material for the transport, preparation and / or consumption of food.
Das erfindungsgemäße Material auf Basis von Makroalgen eignet sich als Verpackungsmaterial für Kosmetikprodukte, pharmazeutische Produkte, Gesundheitsprodukte, landwirtschaftliche Produkte, Gartenbauprodukte,The material according to the invention based on macroalgae is suitable as a packaging material for cosmetic products, pharmaceutical products, health products, agricultural products, horticultural products,
Futtermittel und/oder Textil- und Baumaterialien oder als Geschirr, insbesondere Einweggeschirr. Animal feed and / or textile and building materials or as tableware, in particular disposable tableware.
Das erfindungsgemäße Material eignet sich als Verpackung oder Geschirr, z.B. Becher oder Schalen, insbesondere Einweggeschirr. The material according to the invention is suitable as packaging or crockery, e.g. cups or bowls, in particular disposable crockery.
Das erfindungsgemäße Material eignet sich als Mulchfolie. The material according to the invention is suitable as a mulch film.
Das erfindungsgemäße Material eignet sich als essbarer Ersatz für Wraps und andere Lebensmittel, z.B. Dürüm oder Rollo, in denen Speisen in eine essbare Hülle, z.B. einen Teig, eingewickelt werden. The material according to the invention is suitable as an edible substitute for wraps and other foods, e.g. Dürüm or Rollo, in which food is wrapped in an edible casing, e.g. a dough.
Sämtliche Kombinationen von bevorzugten Bereichen oder von Ausführungsformen sind besonders bevorzugt. All combinations of preferred ranges or of embodiments are particularly preferred.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Further features and advantages of the invention emerge from the following detailed description of exemplary embodiments.
Ausführungsbeispiele Embodiments
1. Allgemeines Verfahren ohne besondere Formgebung 1. General procedure without special shaping
Die Makroalgen wurden in Wasser suspendiert und mit Hilfe eines Zerkleinerers (z.B. Rotor-Stator-System) auf eine Partikelgröße zwischen 0,05 - 2,5 mm zerkleinert. Diese Mischung wurde entweder auf anti-haftbeschichtete (z.B. PTFE) Materialien aufgetragen oder durch ein Fasergussverfahren mit einem Metallgitter der Maschenweite von mindestens 0,05 mm aufgefangen, in Form gepresst (40 - 4000 bar) und kurzzeitig hoch erhitzt (30 - 220 °C für ls - 200 min), um dann anschließend getrocknet (z.B. Um- oder Heißlufttrocken, IR-Trocknung etc., bei 20 -220 °C) zu werden. Folgende Messverfahren wurden an konditionierten Materialien (Raumtemperatur 21 ± 2 °C; relative Luftfeuchtigkeit 53 ± 3 %) angewendet: The macroalgae were suspended in water and crushed to a particle size between 0.05-2.5 mm with the aid of a grinder (eg rotor-stator system). This mixture was either applied to non-stick coated (e.g. PTFE) materials or captured by a fiber casting process with a metal grid with a mesh size of at least 0.05 mm, pressed into shape (40 - 4000 bar) and briefly heated (30 - 220 ° C) for ls - 200 min), in order to then be dried (e.g. circulating or hot air drying, IR drying etc., at 20-220 ° C). The following measurement methods were used on conditioned materials (room temperature 21 ± 2 ° C; relative humidity 53 ± 3%):
Die Durchstoßbelastung in N wurde mit Hilfe einer Durchstoßprüfung (Prüfmaschine zwicki 2,5 kN, Firma Zwick-Roell) in Druckrichtung mit spitzer Nadel, einer Materialgeometrie von 4 x 4 cm und einer Prüfgeschwindigkeit von 50 mm/min ermittelt. Die Durchführung erfolgte in Anlehnung an die DIN EN 14477 für technische Kunststoffe. The puncture load in N was determined with the aid of a puncture test (test machine 2.5 kN, Zwick-Roell) in the direction of pressure with a pointed needle, a material geometry of 4 × 4 cm and a test speed of 50 mm / min. The implementation was based on DIN EN 14477 for engineering plastics.
Die Zugbelastung in N wurde mit Hilfe eines Zugfestigkeitstests (Prüfmaschine zwicki 2,5 kN, Firma Zwick-Roell) in Zugrichtung mit einer Materialgeometrie von 10 cm x 1 cm und einer Geschwindigkeit von 50 mm/min ermittelt. Die Durchführung erfolgte in Anlehnung an die DIN EN ISO 1942-2 für Kunststofffolien und Papier im trockenen Zustand. The tensile load in N was determined with the aid of a tensile strength test (test machine 2.5 kN, Zwick-Roell) in the tensile direction with a material geometry of 10 cm × 1 cm and a speed of 50 mm / min. The implementation was based on DIN EN ISO 1942-2 for plastic films and paper in the dry state.
Die Dehnfähigkeit in mm wurde innerhalb des Zugfestigkeitstests und/oder des Durchstoßtests ermittelt. Bevorzugt wurde die Dehnung mit dem Zugfestigkeitstest ermittelt. The elongation in mm was determined within the tensile strength test and / or the puncture test. The elongation was preferably determined using the tensile strength test.
Die Materialstärke in mm wurde mit Hilfe einer digitalen Mikrometerschraube ermittelt. The material thickness in mm was determined with the help of a digital micrometer screw.
Die Durchbruchzeiten für Öl und Wasser in s, min oder h wurden durch das Aufträgen von 0,3 ml Öl oder Wasser und dem Stoppen der Zeit bis zum optisch erkennbaren Durchbruch der Substanzen ermittelt. The breakthrough times for oil and water in s, min or h were determined by applying 0.3 ml of oil or water and stopping the time until the substances break through.
1. Vergleichsbeispiel (100% Grünalge) 1. Comparative example (100% green algae)
Die Makroalge Ulva spp. (z.B. Ulva lactuca ) wurde als 3 g getrocknete Alge in 60 g Wasser eingewogen und mit einem Rotor-Stator-System mind. 1 min bei 25 000 Umdrehungen/min auf eine mittlere Partikelgröße von etwa 0,50 mm zerkleinert. Daraus wurde im Casting- Verfahren ein planes Verpackungsmaterial hergestellt und mit Umluft bei 40 °C getrocknet. Das Material ist fest und wenig spröde und weist eine mittlere Materialstärke von 0,56 mm, eine Durchstoßkraft von 2,98 N sowie eine Zugfestigkeit von 9,9 N auf. Das Material hat eine Dehnfähigkeit von mind. 0,55 mm. Das Material ist charakteristisch grünlich gefärbt und weist einen leicht typischen Algengeruch auf. Hierzu sind Angaben in Tabelle 1 gemacht. The macroalga Ulva spp. (e.g. Ulva lactuca) was weighed as 3 g of dried algae in 60 g of water and comminuted with a rotor-stator system for at least 1 min at 25,000 revolutions / min to an average particle size of about 0.50 mm. A flat packaging material was produced from this in the casting process and dried with circulating air at 40 ° C. The material is firm and not very brittle and has an average material thickness of 0.56 mm, a penetration force of 2.98 N and a tensile strength of 9.9 N. The material has an elasticity of at least 0.55 mm. The material is characteristically green in color and has a slightly typical algae odor. Information on this is given in Table 1.
Tabelle 1: Vergleichsversuch Vi
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2. Beispiel 1 Material auf Basis von Grünalge mit Rot- oder Braunalge
Table 1: Comparative experiment Vi
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2. Example 1 Material based on green algae with red or brown algae
Es wurde die Grünalge Ulva spp. (z.B. Ulva lactuca ) mit einem Mindestgewichtsanteil von mind. 30 % eingesetzt. Dazu wurden z.B. 2 g getrocknete Ulva spp. oder 19,8 g frische Ulva spp. mit z.B. 1 g getrockneter Rotalge oder 4,3 g frischer Rotalge (z.B. Agarophyton vermiculophyllum ) in 60 g Wasser (z.B. demineralisiertes Wasser) eingewogen und mit einem Rotor-Stator-System mind. 1 min bei 25000 Umdrehungen/min auf eine mittlere Partikelgröße von etwa 0,75 mm zerkleinert. Anschließend wurde im Casting- Verfahren ein planes Verpackungsmaterial hergestellt und mit Umluft bei 40 °C getrocknet. Das erhaltene Material ist fest und wenig spröde und weist die in Tabelle 2 angegebenen Materialkennwerte auf. Das Material ist charakteristisch grünlich-bräunlich gefärbt und weist einen leicht typischen Geruch auf. The green alga Ulva spp. (e.g. Ulva lactuca) are used with a minimum weight percentage of at least 30%. For this purpose, e.g. 2 g of dried Ulva spp. or 19.8 g fresh Ulva spp. with, for example, 1 g of dried red algae or 4.3 g of fresh red algae (e.g. Agarophyton vermiculophyllum) weighed in 60 g of water (e.g. demineralized water) and with a rotor-stator system for at least 1 min at 25,000 revolutions / min to a mean particle size of crushed about 0.75 mm. A flat packaging material was then produced using the casting process and dried with circulating air at 40 ° C. The material obtained is solid and not very brittle and has the material properties given in Table 2. The material has a characteristic greenish-brownish color and has a slightly typical odor.
Den Ergebnissen ist zu entnehmen, dass die Zugabe von Rotalge zu hervorragenden Barriereeigenschaften gegenüber Öl und zu guten Barriereeigenschaften gegenüber Wasser führen. Weiterhin verbessern sich die Zugfestigkeit und die Dehnfähigkeit. Die Zugabe von Braunalge verbessert die Zugfestigkeit und die Dehnfähigkeit. The results show that the addition of red alga leads to excellent barrier properties against oil and good barrier properties against water. Furthermore, the tensile strength and the elasticity improve. The addition of brown algae improves tensile strength and elasticity.
Tabelle 2: Beispiele Ri bis R2 und Bi bis B3 von Materialien auf Basis von Grünalge mit Rot- oder Braunalge
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Table 2: Examples Ri to R2 and Bi to B3 of materials based on green algae with red or brown algae
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3. Beispiel 2 Material auf Basis von Grünalge mit Rot- oder Braunalge und weiteren Behandlungen oder Additiven 3. Example 2 Material based on green algae with red or brown algae and other treatments or additives
Es wurde die Grünalge Ulva spp. (z.B. Ulva lactuca ) mit einem Mindestgewichtsanteil von 30 Gew. -96 eingesetzt. Dazu wurden z.B. 2 g getrocknete Ulva spp. oder ca. 19,8 g frische Ulva spp. mit z.B. 1 g getrockneter Braunalge (z.B. Fucus serratus), ggf. zusammen mit einer Calcium-Quelle (z.B. Calciumchlorid oder Muschelkalk), auf 60 g Wasser eingewogen und mit einem Rotor-Stator-System mind. 1 min bei 25 000 Umdrehungen/min) auf mittlere Partikelgröße von etwa 0,69 mm zerkleinert. Anschließend wurde im Casting- Verfahren ein planes Verpackungsmaterial hergestellt und mit Umluft bei 40 °C getrocknet. Das Material ist fest und wenig spröde und weist die in Tabelle 3 angegebenen Materialkennwerte auf. Das Material ist charakteristisch grünlich-bräunlich gefärbt und weist einen leicht typischen Algengeruch auf. The green alga Ulva spp. (e.g. Ulva lactuca) with a minimum weight fraction of 30 wt. -96 is used. For this purpose, e.g. 2 g of dried Ulva spp. or about 19.8 g fresh Ulva spp. with eg 1 g of dried brown algae (eg Fucus serratus), if necessary together with a calcium source (eg calcium chloride or shell limestone), weighed out to 60 g water and with a rotor-stator system for at least 1 min at 25,000 revolutions / min ) comminuted to a mean particle size of about 0.69 mm. A flat packaging material was then produced using the casting process and dried with circulating air at 40 ° C. The material is firm and not very brittle and has the material properties given in Table 3. The material has a characteristic greenish-brownish color and has a slightly typical algae odor.
Bei den Versuchen R5 und R6 wurde die Makroalgensuspension bei 80 °C für 60 min im Wasserbad (großtechnisch im erwärmten Wasserkessel/Doppelmantelkessel mit Rührer) nach der Zerkleinerung und vor der Trocknung wärmebehandelt. In experiments R5 and R6, the macroalgae suspension was heat-treated at 80 ° C. for 60 minutes in a water bath (on an industrial scale in a heated kettle / jacketed kettle with stirrer) after comminution and before drying.
Die Versuche R3 und R4 mit Rotalge und Wärmebehandlung zeigen gegenüber dem Vergleichsbeispiel eine verbesserte Durchstoßbelastung, Zugfestigkeit, Ölbarriereeigenschaften und Dehnfähigkeit bei geringerer Materialdicke. Der Versuch B4 mit Braunalge zeigt eine verbesserte Dehnfähigkeit, wie sie für ein flexibles Material geeignet ist. Tabelle 3: Beispiele R3 bis R4 und B4 von Materialien auf Basis von Grünalge mit Rot- oder Braunalge
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Tests R3 and R4 with red algae and heat treatment show, compared to the comparative example, an improved puncture load, tensile strength, oil barrier properties and elasticity with a lower material thickness. The test B4 with brown alga shows an improved elasticity, as it is suitable for a flexible material. Table 3: Examples R3 to R4 and B4 of materials based on green algae with red or brown algae
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4. Beispiel 3 Material auf Basis von Grünalge mit Rot- oder Braunalge und weiteren Biomaterialien 4. Example 3 Material based on green algae with red or brown algae and other biomaterials
Es wurde die Grünalge Ulva spp. (z.B. Ulva lactuca ) mit einem Mindestgewichtsanteil von 5 Gew.-% eingesetzt. Dazu wurden z.B. 2 g getrocknete Ulva spp. oder ca. 1,49 g frische Ulva spp. mit z.B. 0,15 g getrockneter Braunalge (z.B. Fucus spp.) oder 0,15 g Rotalge (z.B .Agarophyton spp.) zusammen mit Rotkohl als weiterem Biomaterial auf 60 g Wasser eingewogen und mit einem Rotor-Stator-System mind. 1 min bei 25 000 Umdrehungen/min zerkleinert. Anschließend wurde im Casting-Verfahren ein planes Verpackungsmaterial hergestellt und mit Umluft bei 40 °C getrocknet. Das Material ist fest und wenig spröde und weist die in Tabelle 4 angegebenen Materialkennwerte auf. Das Material ist charakteristisch grünlich violett gefärbt und weist einen leicht typischen Algen- und Gemüsegeruch auf. The green alga Ulva spp. (e.g. Ulva lactuca) with a minimum weight fraction of 5% by weight are used. For this purpose, e.g. 2 g of dried Ulva spp. or about 1.49 g fresh Ulva spp. with eg 0.15 g dried brown alga (eg Fucus spp.) or 0.15 g red alga (eg. Agarophyton spp.) together with red cabbage as additional biomaterial weighed in to 60 g water and with a rotor-stator system at least 1 min crushed at 25,000 revolutions / min. A flat packaging material was then produced using the casting process and dried with circulating air at 40 ° C. The material is firm and not very brittle and has the material properties given in Table 4. The material has a characteristic greenish purple color and has a slightly typical algae and vegetable odor.
Die Versuche K5, K9 und K10 mit Grünalge und einer weiteren Algenart in Kombination mit dem Biomaterial zeigen gegenüber dem Vergleichsbeispiel (Vi und Kl) eine verbesserte Zugfestigkeit und Dehnfähigkeit bei geringerer Materialdicke. The tests K5, K9 and K10 with green algae and another type of algae in combination with the biomaterial show, compared to the comparative example (Vi and Kl), an improved tensile strength and elasticity with a lower material thickness.
Der Versuch B4 mit Braunalge zeigt eine verbesserte Dehnfähigkeit, wie sie für ein flexibles Material geeignet ist. In den Versuchen K6, K7 und K9 und K10 konnten die Barriereeigenschaften gegenüber Öl und Wasser gegenüber dem Vergleichsbeispiel (Vi und Kl) verbessert werden. Tabelle 4: Beispiele K2 bis K10 von Materialien auf Basis von Grünalge, optional Rot- oder Braunalge sowie weiteren Biomaterialien
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The test B4 with brown alga shows an improved elasticity, as it is suitable for a flexible material. In tests K6, K7 and K9 and K10, it was possible to improve the barrier properties against oil and water compared to the comparative example (Vi and Kl). Table 4: Examples K2 to K10 of materials based on green algae, optionally red or brown algae and other biomaterials
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Claims

Patentansprüche Claims
1. Material auf Basis von Makroalgen, wobei das Material ein Gemisch von zumindest zwei Makroalgen umfasst, umfassend a) zumindest eine Grünalge; und b) zumindest eine Rot- und/oder Braunalge und/oder zumindest ein weiteres Biomaterial; wobei das zumindest eine weitere Biomaterial ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Weißkohl, Rotkohl, Obst- und Gemüsetreber, Zuckerrübenschnitzel, fermentierte oder weitere pflanzliche Rest- und Nebenströme, Mikroalgen und Fisch-Gelatine. 1. Material based on macroalgae, the material comprising a mixture of at least two macroalgae, comprising a) at least one green algae; and b) at least one red and / or brown alga and / or at least one further biomaterial; wherein the at least one further biomaterial is selected from the group consisting of white cabbage, red cabbage, fruit and vegetable grains, sugar beet pulp, fermented or other vegetable residues and side streams, microalgae and fish gelatin.
2. Material nach Anspruch l, das biobasiert, bioabbaubar, kompostierbar und/oder essbar ist. 2. Material according to claim l, which is bio-based, biodegradable, compostable and / or edible.
3. Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das 1-95 Gew.-% weiteres Biomaterial, bezogen auf das Gesamtgewicht des Materials, enthält. 3. Material according to one of the preceding claims, which contains 1-95% by weight of further biomaterial, based on the total weight of the material.
4. Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das 5-99 Gew.-%4. Material according to any one of the preceding claims, which is 5-99 wt .-%
Grünalge, bezogen auf das Gesamtgewicht des Materials, enthält. Green algae, based on the total weight of the material.
5. Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das 1-70 Gew.-% Rotalge, bezogen auf das Gesamtgewicht des Materials, enthält. 5. Material according to one of the preceding claims, which contains 1-70% by weight of red alga, based on the total weight of the material.
6. Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das 1-70 Gew.-% Braunalge, bezogen auf das Gesamtgewicht des Materials, enthält. 6. Material according to one of the preceding claims, which contains 1-70% by weight of brown alga, based on the total weight of the material.
7. Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das Grünalge im Bereich von 50-90 Gew.-%, Rotalge im Bereich von 5-45 Gew.-% und Braunalge im Bereich von 5-45 Gew.-% , jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Materials, enthält. 7. Material according to one of the preceding claims, the green alga in the range of 50-90 wt .-%, red alga in the range of 5-45 wt .-% and brown alga in the range of 5-45 wt .-%, each based on the Total weight of the material.
8. Verfahren zur Herstellung eines Materials nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Makroalgen und/ oder das weitere Biomaterial a) gegebenenfalls gereinigt werden, b) mit Wasser gemischt werden, c) zerkleinert werden, d) in Form gebracht werden und e) getrocknet werden. 8. A method for producing a material according to any one of the preceding claims, in which the macroalgae and / or the further biomaterial a) are optionally cleaned, b) are mixed with water, c) are comminuted, d) are shaped and e) be dried.
9. Verwendung einer Zusammensetzung nach einem der vorgehenden Ansprüche als Verpackungsmaterial, insbesondere als Verpackungsmaterial für den Transport, die Zubereitung und/oder den Verzehr von Lebensmitteln. 9. Use of a composition according to one of the preceding claims as packaging material, in particular as packaging material for the transport, preparation and / or consumption of food.
10. Verwendung einer Zusammensetzung nach einem der vorgehenden Ansprüche als Verpackungsmaterial für Kosmetikprodukte, pharmazeutische Produkte, Gesundheitsprodukte, landwirtschaftliche Produkte, Gartenbauprodukte, Futtermittel und/oder Textil- und Baumaterialien oder als Geschirr, insbesondere Einweggeschirr. 10. Use of a composition according to one of the preceding claims as packaging material for cosmetic products, pharmaceutical products, health products, agricultural products, horticultural products, animal feed and / or textile and building materials or as tableware, in particular disposable tableware.
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