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Lebensmittelverpackungen: Sind sie noch dicht?

Die Bedeutung von zuverlässigen Dichtheitsprüfungen wird gerne unterschätzt. Je nach Produkt sind die Anforderungen an die Prüfmethoden unterschiedlich streng.

von Tarik Allaki*

Wird bei der Dichtheitsprüfung ein Leck in der Verpackung festgestellt, wird dies deutlich angezeigt. (Bild: zvg)

Die Lebensmittelindustrie verändert sich rasant: die Kunden sind kritischer und informierter, die überregionalen Fertigungs- und Transportprozesse werden immer länger und der Preisdruck steigt. Dies betrifft auch die Haltbarkeit von Lebensmitteln. Seit Jahren entwickelt der Markt immer innovativere Methoden, um Lebensmittel so lang wie möglich haltbar zu machen – von neuartigen Konservierungsstoffen über Schutzgase bis hin zu antimikrobiellen Verpackungsmaterialien. Viele Unternehmen unterschätzen jedoch einen sehr essenziellen Faktor, wenn es um die Haltbarkeit von Lebensmitteln geht: die Dichtheit ihrer Verpackungen.

Lebensmittel werden durch Verpackungen vor zahlreichen negativen Einflüssen geschützt: Das Spektrum reicht von mikrobiellem Wachstum und Oxidation über Feuchtigkeit und schädliche Gaskonzentrationen bis hin zu Schädlingen. Doch was passiert, wenn diese Verpackungen nicht dicht genug sind und Lecks aufweisen? Schon zu grosse Poren in der Folie, die leicht durch Überdehnung entstehen können, begünstigen den Eintrag von Sauerstoff und Feuchtigkeit. Auch Produktreste in der Schweissnaht oder ein inkompatibler Kleber führen schnell zu feinen, schwer nachweisbaren Kapillaren in der Verpackung. Die Folgen sind Lebensmittel, die lange vor ihrem eigentlichen Haltbarkeitsdatum verderben und für den Endkunden ungeniessbar sind. Für die Produzenten wie auch für die Händler kann das neben den üblichen Reklamationen gravierende Folgen nach sich ziehen. Ihr guter Ruf ist in Gefahr und kann nachhaltigen Schaden nehmen. Deswegen lohnt sich ein genauer Blick auf die Gefahren, die durch undichte Verpackungen entstehen.

1. Mikroorganismen

Bakterien, Pilze und Hefen sind die häufigsten Gründe dafür, dass Produkte vorzeitig verderben. Sie zersetzen organische Materie, können dabei krankheitserregende Stoffe produzieren und so die Gesundheit des Konsumenten gefährden. Solche Mikroorganismen sind – wie der Name bereits sagt – mikroskopisch klein: Beispielsweise hat ein Bakterium eine durchschnittliche Grösse von 1 µm, was 0,001 mm entspricht. Durch zu grosse Poren in der Lebensmittelverpackung können innerhalb kürzester Zeit unzählige Bakterien eindringen und sich unter ungünstigen Bedingungen exponentiell vermehren.

2. Oxidation

Unter Oxidation versteht man klassischerweise die chemische Reaktion eines Stoffes mit Sauerstoff. Im Lebensmittelbereich sind vor allem ungesättigte Fettsäuren, wie etwa Ölsäure, anfällig für diesen Prozess: Sie werden durch Oxidation «ranzig», entwickeln einen unappetitlichen Geruch und sind dann meist ungeniessbar. Des Weiteren kann die Oxidation von Lebensmitteln dazu führen, dass Aminosäuren geschädigt werden, Vitamine sich abbauen und Aromen und Farbstoffe sich verändern. Viele Lebensmittelproduzenten arbeiten deswegen heute mit speziellen Schutzgasen, die eine sehr geringe Sauerstoffmenge aufweisen. Hat die Verpackung jedoch ein Leck, kann sich die Konzentration eines Schutzgases verändern, da die Gase in der Luft, und danit auch der Luftsauerstofff, ungehindert in die Verpackung eindringen.

3. Feuchtigkeit

Feuchtigkeit ist vor allem für trockene Produkte wie Chips und Backwaren höchst gefährlich,
weil sie die Schimmelbildung begünstigt und Lebensmittel bedeutend schneller verderben lässt. Zudem sind solche Schimmelpilze oft krankheitserregend. Aber auch Kaffee und andere Genuss­produkte laufen bei Feuchtigkeit Gefahr, beeinträchtigt zu sein, da sich in einem feuchten Klima Aromen und Geschmacksstoffe leichter verflüchtigen.

Methoden der Dichtheitsprüfung

Inzwischen gibt es zahlreiche Methoden zur Dichtheitsprüfung von Verpackungen, um diesen Gefahren vorzubeugen. Sie alle haben Vor- und Nachteile. Deswegen sollten Lebensmittelproduzenten ihre Anforderungen genau prüfen, bevor sie sich für eine Methode entscheiden. Im Folgenden werden die häufigsten Dichtheitsprüfmethoden kurz vorgestellt.

a. Wasserbad: Die Wasserbad-Methode wird bereits seit einigen Jahrzehnten angewandt. Viele Firmen haben sie allein deswegen im Einsatz, weil sie seit Langem über das entsprechende Equipment verfügen. Das Prinzip ist denkbar einfach: Die mit einem Gas gefüllte Verpackung wird unter Wasser getaucht. Durch den Druck tritt in der Theorie ein Teil des Gases aus etwaigen Lecks aus und steigt in Gestalt sichtbarer Blasen nach oben. Funktioniert die Wasserbad-Methode fehlerfrei, lässt sich damit nicht nur eine allgemeine Aussage über die Dichtheit der Verpackung treffen, sondern auch eine rudimentäre Lecklokalisierung umsetzen. Leider steht dem in der Praxis vieles im Weg: Zum einen ist die mit dem Wasserbad nachweisbare Leckrate relativ hoch, da kleine Lecks nur einen geringen Gasaustritt ermöglichen. Darüber hinaus können auch bestimmte Arten von Lecks, beispielsweise feine, lange Kapillaren, den Austritt des Gases innerhalb der Prüfzeit verhindern. So wird vielleicht ein Produkt, das eigentlich wegen eines Kapillarlecks eine hohe Leckrate hat, fälschlicherweise als dicht ausgewiesen werden. Nicht zuletzt steht und fällt das Ergebnis des Wasserbads auch mit der Tagesform des menschlichen Prüfers. Es besteht immer die Gefahr, dass er aufsteigende Blasen schlicht übersieht.

b. Gasbasierte Prüfmethoden: Bei diesen Methoden erzeugt der Prüfer einen Druckunterschied zwischen dem Inneren und Äusseren einer Verpackung, sodass enthaltenes Prüfgas durch ein etwaiges Leck entweicht, dessen Konzentration dann messbar ist. Da in den meisten Schutzgasen ohnehin ein gewisser Anteil an Kohlenstoffdioxid enthalten ist, wird es meist als Prüfgas verwendet. Allerdings zieht das auch eine massgebliche Einschränkung für den Prüfer nach sich. Er kann nur solche Produkte mit gasbasierten Geräten testen, die über einen bestimmten Kohlenstoffdioxid-Anteil verfügen – je nach Gerät liegt dieser Anteil zwischen zehn und 20 Prozent. Zudem besteht bei flexiblen Verpackungen die Gefahr, dass sie – wenn eine hohe Druckdifferenz notwendig ist, um auch kleine Leckagen nachzuweisen – einfach platzen.

c. Druckanstiegsmethode in der Folienkammer: Bei dieser Me-thode platziert der Prüfer die Verpackung zwischen zwei elastischen Membranen in einer Folienkammer, die anschliessend innerhalb kürzester Zeit evakuiert wird. Das Gas strömt durch etwaige Leckagen in die Kammer, wo sich der erhöhte Druck messen und die Leckrate berechnen lässt. Die Prüfung verläuft vollkommen zerstörungsfrei, und alle Ergebnisse sind jederzeit reproduzierbar. Ein bedeutender Vorteil im Vergleich zu den anderen Prüfmethoden liegt zudem in der sicheren Grobleckerkennung: Durch ein grosses Leck entweicht das Gas bei vielen Methoden bereits während des Druckaufbaus vollständig. Während der anschliessenden Prüfung wird dann kein Druckunterschied mehr gemessen. So wird beispielsweise eine Verpackung, die einen groben Riss aufweist, fälschlicherweise als dicht ausgewiesen.

Welche Leckrate ist akzeptabel?

Jedes Unternehmen, jedes Produkt und jede Verpackung sind anders. Deswegen sollten Lebensmittelproduzenten ihre Anforderungen und Bedürfnisse im Detail prüfen, bevor sie sich für eine Dichtheitsprüfmethode entscheiden. Dabei gilt es verschiedene Aspekte zu berücksichtigen. Allen voran ist da die Leckrate zu nennen. Die noch akzeptable Leckrate, gegen die geprüft werden muss, kann stark variieren – beispielsweise zwischen schnell verderblichen Produkten wie Käse und lange haltbaren Lebensmitteln wie Trockenfrüchten. Bei ersteren müssen die Dichtheitsanforderungen naturgemäss strenger sein, während bei letzteren auch bei höheren Leckraten kaum eine Beeinträchtigung des Produkts zu befürchten ist.

Die Wahl der richtigen Dichtheitsprüfmethode

Auch die Anforderungen an das Ziel der Prüfung können sich unterscheiden: Soll eine absolute Aussage über die Dichtheit getroffen werden, will man eine spezifische Leckrate nachweisen können oder gar ein Leck lokalisieren? Unternehmen müssen zudem bedenken, ob eine zerstörungsfreie Methode nicht geeigneter ist. Denn ein Produkt, das im Wasserbad getestet wurde, kann anschliessend unter Umständen nicht mehr verkauft werden. Bei gelegentlichen Stichproben ist dieser Schwund noch vernachlässigbar, sollen jedoch ganze Chargen getestet werden, ist eine zerstörungsfreie Prüfung unerlässlich. Auch die Möglichkeit, sowohl sehr kleine als auch grosse Lecks zu erkennen, ist für Produzenten relevant, da viele Verpackungsmaterialen und -prozesse beide Leckvarianten hervorrufen können. Ausserdem sollten die Prüfungen im Rahmen eines modernen Qualitätsmanagements jederzeit reproduzierbare Ergebnisse liefern, was etwa beim Wasserbad keineswegs der Fall ist. Nicht zuletzt entscheiden auch Aspekte wie eine leichte Bedienbarkeit, flexible Einsatzmöglichkeiten Inline oder Offline und natürlich der Kostenfaktor über die Eignung eines Prüfverfahrens. Die individuell geeignete Prüfmethode auszuwählen, ist nicht ganz einfach, aber der Aufwand zahlt sich aus.
*Tarik Allaki, Market Manager Food Packaging bei der Inficon GmbH