Intelligente und smarte Verpackungen


Sichere und qualitativ hochwertige Lebensmittel werden vom Konsumenten vorausgesetzt. Dabei spielt die Verpackung eine grosse Rolle. Innovative Technologien wie intelligente und smarte Verpackungen ermöglichen eine Überwachung des aktuellen Qualitätszustands eines Lebensmittels und können diesen nach aussen kommunizieren.

Prof. Dr. Selcuk Yildirim* und Bettina Röcker**

Die Nachfrage nach frischen und qualitativ hochwertigen Lebensmitteln hat in den letzten Jahren stark zugenommen. Gleichzeitig aber lässt der hektische Alltag unserer modernen Gesellschaft immer weniger Zeit, um Lebensmittel frisch zuzubereiten. Praktische Lebensmittel – sogenannte Convenience-Produkte – sind deshalb mehr denn je gefragt. Dabei spielt die Verpackung eine entscheidende Rolle in der Lebensmittel-Logistik. Sie ermöglicht einen effizienten Transport über die ganze Lieferkette und schützt das Lebensmittel vor negativen Umwelteinflüssen. Jedoch wird die Wertschöpfungskette mit der zunehmenden Globalisierung immer komplexer. Die kontinuierlichen Veränderungen unserer schnelllebigen Konsumgüter auf industrieller, retailer und distributioneller Ebene stellen die Aufrechterhaltung der Lebensmittelsicherheit und -qualität vor grosse Herausforderungen. Dieser Hintergrund bietet der Verpackungsindustrie die Gelegenheit, innovative Lösungen anzubieten, die den veränderten Anforderungen der Lebensmittelindustrie und denen der Konsumenten gerecht werden.

Was kann eine «smarte» Verpackung?
Im Gegensatz zu traditionellen Verpackungen übernehmen intelligente und smarte Verpackungs-Systeme neben der passiven Barrierefunktion eine zusätzliche Rolle. Die Begriffe «Intelligent» und «Smart» Packaging werden häufig synonym verwendet, tatsächlich aber unterscheiden sich die beiden Begriffe. So ist «Intelligent Packaging» (IP) definiert als ein Verpackungssystem das intelligente Funktionen – wie das Detektieren, Wahrnehmen, Aufzeichnen oder Kommunizieren – ausführen kann, um Entscheidungen und Korrekturmassnahmen zu unterstützen und somit die Haltbarkeit zu verlängern, die Sicherheit zu erhöhen, die Qualität zu verbessern, Auskunft zu geben und vor möglichen Problemen zu warnen. «Smart Packaging» (SP) hingegen ist definiert als eine Verpackung mit Zusatzfunktionen, deren Funktionalität über das Schützen, Beinhalten und die Produktauskunft hinausgeht. Dabei handelt es sich um gespeicherte Informationen, die durch ein Gerät abrufbar sind.

Frische für Konsumenten sichtbar machen

Unterbrechungen in der Kühlkette sind die häufigste Ursache für Lebensmittelverderb und dadurch verursachte Krankheiten. Daher sind die am weitesten entwickelten intelligenten Systeme sogenannte Zeit-Temperatur-Indikatoren (TTI, Time-Temperature-Indicators). Diese können in Form von Labels auf die Verpackung von gekühlten oder gefrorenen Lebensmitteln appliziert werden. Mit dem Einsatz von TTIs können unerwünschte Unterbrüche in der Kühlkette detektiert und kommuniziert werden, meist als Farbveränderung. Weit verbreitet ist der OnVu-Indikator von BASF. Die dunkle Farbe verblasst umso schneller, je höher die Temperatur ist und hilft so dem Händler, Frische zu garantieren.
Interessant ist auch das Barcode-System von Tempix: Wird die Temperatur nicht eingehalten, verschwindet ein Teil des Barcodes und der Strich im Anzeigefeld. Erfolgt die Temperaturschwankung vor dem Verkauf, ist das Produkt nicht mehr scanbar, erfolgt sie erst beim Konsumenten zu Hause, so kann diese anhand des fehlenden Strichs festgestellt werden.
Weitere intelligente Verpackungssysteme sind sogenannte «Integrity» Indikatoren, welche Auskunft über die zweite Haltbarkeit geben, indem sie anzeigen, wie lange das Produkt schon geöffnet oder ob die Verpackung unversehrt ist. Dabei kommen vor allem Gas-Indikatoren zum Einsatz, meistens um unerwünschten Sauerstoffeintritt zu detektieren. Das Insignia-System beispielsweise reagiert mit CO2, das in der Schutzatmosphäre enthalten ist. Bei Erstöffnung entweicht das CO2, was zu einer Farbveränderung des Indikators führt. Ein besonderer Vorteil solcher Systeme ist, dass damit auch defekte Verpackungen erkannt werden können, was die Sicherheit nebst dem Mindesthaltbarkeitsdatum deutlich verbessert.
Zu intelligenten Verpackungssystemen zählen auch Frische-Indikatoren. Diese geben Auskunft über den momentanen Frischezustand des Produktes, indem unerwünschte Veränderungen in der Gaszusammensetzung angezeigt oder mikrobielle Stoffwechselprodukte detektiert werden. Während mikrobiellen Verderbsprozessen können Stoffwechselprodukte wie Kohlendioxid, Schwefeldioxid, Ammoniak, Ethanol, Toxine oder organische Säuren entstehen. Werden spezifische Verderbs-Metaboliten detektiert, führt dies zu einer Reaktion des Indikators und die Farbe ändert sich.



RFID-Systeme verbessern Lebensmittel-Logistik
Intelligente Verpackungen kommunizieren visuell den IST-Zustand eines Lebensmittels. Smarte Verpackungen hingegen enthalten Informationen über das Lebensmittel, die auf einem Datenträger gespeichert und durch ein zusätzliches Gerät abrufbar sind. Die kostengünstigste und meist verbreitete Art von Datenträgern sind Barcodes. Mit dem Aufkommen von Smartphones und Tablets hat sich schliesslich der QR-Code etabliert, dessen Speicherkapazität jene eines simplen, linearen Barcodes bei weitem übersteigt. QR-Codes auf Lebensmittelverpackungen können zahlreiche Funktionen übernehmen. So können sie beispielsweise durch die Erweiterung von Produktangaben mehr Transparenz verleihen, Rezepturen zum Produkt enthalten oder für Promotionszwecke genutzt werden.
Die Weiterentwicklung von Datenträgern hat die NFC- (Near Field Communication) und die RFID-Technologie (Radio Frequency IDentification) hervorgebracht, die nun auch in smarten Lebensmittelverpackungen Anwendung finden. Dabei handelt es sich um kontaktlose Kommunikationstechniken, welche die Identifikation eines Produktes via elektromagnetische Wellen ermöglichen. Besonders vorteilhaft gegenüber den Barcodes ist, dass mit NFCund RFID-Tags kein Sichtkontakt mehr erforderlich ist, um Daten zu lesen und, dass letztere über eine noch höhere Speicherkapazität verfügen. Fortgeschrittenere RFID-Systeme erlauben zudem die Integration von weiteren Funktionen in die RFID-Tags. So kann beispielsweise eine Kombination von Zeit-Temperatur-Indikator oder Frische-Indikator mit einem RFID-Tag den Temperaturverlauf oder Qualitätsinformationen eines Produktes während der ganzen Lieferkette in Echtzeit erfassen und der Produktstatus jederzeit abgerufen werden. Für die kombinierte Anwendung der RFID- und Sensor-Technologie besteht besonders in der Kühlkette sehr grosses Zukunftspotenzial.

* Leiter Fachstelle Technologie und Verpackung, ZHAW Wädenswil
**Bettina Röcker, Wissenschaftliche Assistentin Technologie und Verpackung, ZHAW


Lebensmittel-Industrie Ausgabe 1/2 Februar 2016

EVENTS

5. Future Food Symposium

 «Made in Switzerland - Gute Partnerschaften für mehr Ernährungssouveränität»

Datum: 08. Februar 2024

Ort: Online-Event (CH)

electronica

Weltleitmesse und Konferenz der Elektronik

Datum: 12.-15. November 2024

Ort: München (D)

FILTECH

Internationale Fachmesse für Filter- und Trenntechnologie

Datum: 12.-14. November 2024

Ort: Köln (D)

Fi Europe

Internationale Fachmesse für Lebensmittelzusatzstoffe

Datum: 19.-21. November 2024

Ort: Frankfurt (D)

BrauBeviale

Europäische Fachmesse für die Getränkewirtschaft

Datum: 26.-28. November 2024

Ort: Nürnberg (D)

Empack Schweiz

The Future of Packaging Technology

Datum: 22.-23. Januar 2025

Ort: Zürich (CH)

LOGISTICS & AUTOMATION

Schweizer Fachmesse für Logistik und Transport

Datum: 22.-23. Januar 2025

Ort: Zürich (CH)

ISM

Weltleitmesse für Süsswaren und Snacks

Datum: 02.-05. Februar 2025

Ort: Köln (D)

Pro Sweets Cologne

Internationale Zulieferer der Snack- und Süsswarenbranche

Datum: 02.-05. Februar 2025

Ort: Köln (D)

CHEESEAFFAIR

Nationale Handelstage für Schweizer Käse

Datum: 03.-04. Februar 2025

Ort: Aarau (CH)

Fruit Logistica

Weltweite Messe aller Frisch-Produkte

Datum: 05.-07. Februar 2025

Ort: Berlin (D)

glug.swiss

Der neue Treffpunkt für Bier- und Getränkeproduzierende | vom Profi bis zum Selbstvermarkter

Datum: 06.-07. Februar 2025

Ort: Aarau (CH)

BioFach

Weltleitmesse für Bio-Lebensmittel

Datum: 11.-14. Februar 2025

Ort: Nürnberg (D)

LOPEC

International führende Fachmesse mit Kongress für gedruckte Elektronik

Datum: 25.-27. Februar 2025

Ort: München (D)

ZHAW-IFM Day

Der IFM-Day der ZHAW findet als Begegnungstag für FM-Ausbildung und FM-Praxis statt.

Datum: 07. März 2025

Ort: Wädenswil (CH)

embedded world

Als internationale Weltleitmesse mit dem ausschließlichen Fokus auf Embedded-Technologien.

Datum: 11.-13. März 2025

Ort: Nürnberg (D)

CCE International

Europas wichtigster Branchenevent für die Wellpappen- und Faltschachtelindustrie.

Datum: 11.-13. März 2025

Ort: München (D)

LogiMat

Internationale Fachmesse für Intralogistik

Datum: 11.-13. März 2025

Ort: Stuttgart (D)

Global Industrie

Midest - smart Industries - Industrie - Tolexpo - die weltweit grössten Fachmessen für die Industriezulieferwirtschaft

Datum: 11.-14. März 2025

Ort: Lyon (F)

INTERNORGA

Leitmesse für den Ausser-Haus-Markt

Datum: 14.-18. März 2025

Ort: Hamburg (D)

Pro Wein

Internationale Fachmesse für Weine und Spirituosen

Datum: 16.-18. März 2025

Ort: Düsseldorf (D)

Additive Manufacturing Forum

Die Entscheider- und Expertenkonferenz bringt das gesamte Wertschöpfungssystem rund um die additive Fertigung zusammen.

Datum: 17.-18. März 2025

Ort: Berlin (D)

Hannover Messe

Transfoming Industry Togheter

Datum: 31. März.-04. April 2025

Ort: Hannover (D)

Lebensmitteltag

Die führende schweizerische Lebensmittelfachtagung von bio.inspecta und SQS

Datum: 10. April 2025

Ort: Luzern (CH)

Schoggifestival

Das Schoggifestival geht in die dritte Runde!

Datum: 12.-13. April 2025

Ort: Zürich (CH)

IFFA

Internationale Leitmesse – Technology for Meat and Alternative Proteins

Datum: 03.-08. Mai 2025

Ort: Frankfurt am Main (D)

TUTTOFOOD

Internationale B2B-Messe für Food & Beverage

Datum: 05.-08. Mai 2025

Ort: Mailand (I)

SENSOR + TEST

Internationale Fachmesse für Sensorik, Mess- und Prüftechnik

Datum: 06.-08. Mai 2025

Ort: Nürnberg (D)

iba

Die führende Weltmesse für Bäckerei, Konditorei und Snacks

Datum: 18.-22. Mai 2025

Ort: Düsseldorf (D)

VITAFOODS EUROPE

Messe für Nutraceuticals, Functional Food & Drinks

Datum: 20.-22. Mai 2025

Ort: Barcelona (ESP)

LABVOLUTION

Europäische Fachmesse für innovative Laborausstattung und die Optimierung von Labor-Workflows

Datum: 20.-22. Mai 2025

Ort: Hannover (D)

Automatica

Die Leitmesse für intelligente Automation und Robotik

Datum: 24.-27. Juni 2025

Ort: München (D)

SINDEX

Schweizer Messe für industrielle Automatisierung

Datum: 02.-04. September 2025

Ort: Bern (CH)

AM Expo

Fachmesse und Symposium: Inspiration, Weiterbildung und Netzwerk

Datum: 09.-10. September 2025

Ort: Luzern (CH)

Drinktec Deutschland

Auf der Weltleitmesse der Getränke- und Liquid-Food-Industrie

Datum: 15.-19. September 2025

Ort: München (D)

Ilmac

Fachmesse für Prozess- und Labortechnologie

Datum: 16.-18. September 2025

Ort: Basel (CH)

CMS Berlin

Internationale Leitmesse für Reinigung und Hygiene

Datum: 23.-26. September 2025

Ort: Berlin (D)

POWTECH

Pharma.Manufacturing.Excellence

Datum: 23.-25. September 2025

Ort: Nürnberg (D)

FachPack

Europäische Fachmesse für Verpackung, Technik, Veredelung und Logistik

Datum: 23.-25. September 2025

Ort: Nürnberg (D)

Anuga

Weltweite Ernährungsmesse für Handel und Gastronomie/Ausser-Haus-Markt

Datum: 04.-08. Oktober 2025

Ort: Köln (D)

IN.STAND

Die Messe für Instandhaltung und Services

Datum: 21.-22. Oktober 2025

Ort: Stuttgart (D)

A + A

Messe und Kongress für Arbeitsschutz und Arbeitssicherheit

Datum: 04.-07. November 2025

Ort: Düsseldorf (D)

igeho

Internationale Branchenplattform für Hotellerie, Gastronomie, Take-away und Care

Datum: 15.-19. November 2025

Ort: Basel (CH)

AQUA Suisse

Die Schweizer Fachmesse für kommunales und industrielles Wassermanagement.

Datum: 26.-27. November 2025

Ort: Zürich (CH)

maintenance Schweiz

Schweizer Fachmesse für industrielle Instandhaltung und Facility Management

Datum: 26.-27. November 2025

Ort: Zürich (CH)

Pumps & Valves

Die Fachmesse für industrielle Pumpen, Armaturen & Prozesse

Datum: 26.-27. November 2025

Ort: Zürich (CH)

Swissbau

Führende Plattform der Bau- und Immobilienwirtschaft

Datum: 20.-23. Januar 2026

Ort: Basel (CH)

aqua pro

B2B-Plattform in der Schweiz für Fachkräfte des globalen Wasserkreislaufs

Datum: 04.-06. Februar 2026

Ort: Bulle (CH)

EuroShop

Fachmesse für den Investitionsbedarf des Handels

Datum: 22.-26. Februar 2026

Ort: Düsseldorf (D)

Ble.ch

Die führende Fachmesse der Blech-, Metall- und Stahlbearbeitung in der Schweiz.

Datum: 11.-13. März 2026

Ort: Bern (CH)

analytica

Weltleitmesse für Labortechnik, Analytik, Biotechnologie und analytica conference

Datum: 24.-27. März 2026

Ort: München (D)

IFAT

Weltleitmesse für Wasser-, Abwasser-, Abfall- und Rohstoffwirtschaft

Datum: 04.-08. Mai 2026

Ort: München (D)

interpack

Führende Messe für Prozesse und Verpackung

Datum: 07.-13. Mai 2026

Ort: Düsseldorf (D)

ArbeitsSicherheit Schweiz

Fachmesse für Arbeitssicherheit, Gesundheitsschutz und Gesundheitsförderung am Arbeitsplatz

Datum: 20.-21. Mai 2026

Ort: Zürich (CH)

all about automation

Fachmesse für Industrieautomation

Datum: 26.-27. August 2026

Ort: Zürich (CH)

Ilmac Lausanne

Networking. Forum. Aussteller

Datum: 23.-24. September 2026

Ort: Lausanne (CH)

Chillventa

Weltleitmesse der Kältetechnik

Datum: 13.-15. Oktober 2026

Ort: Nürnberg (D)

SIAL

Fachmesse für Nahrungsmittel-Innovationen

Datum: 17.-21. Oktober 2026

Ort: Paris (F)

Anuga FoodTec

Internationale Zuliefermesse für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie

Datum: 23.-26. März 2027

Ort: Köln (D)

Achema

Internationale Leitmesse der Prozessindustrie

Datum: 14.-18. Juni 2027

Ort: Frankfurt am Main (D)

drupa

Weltweit führende Fachmesse für Drucktechnologien

Datum: 09.-17. Mai 2028

Ort: Düsseldorf (D)

Bezugsquellenverzeichnis