Ein geringes Transportgewicht, gleichbleibende Qualität, hygienischer Schutz, Erhalt der Nähr- und Mineralstoffe oder die optimale Nachverfolgung der Lieferkette: Verbraucherinnen und Verbraucher, Industrie und Handel stellen komplexe Anforderungen an Verpackungen. Smart Packaging bietet innovative Verpackungslösungen, mit denen sich die Industrie flexibel an die Anforderungen im Markt anpassen und die Wunschliste aller Akteure immer besser erfüllen kann. Was sich hinter Smart Packaging verbirgt und welche Vorteile sowie Herausforderungen sie mit sich bringen, zeigt dieser Beitrag.
Was sind smarte Verpackungen?
Durch Smart Packaging entstehen schon heute die Verpackungen der Zukunft. Denn dieser neuartige Ansatz entwickelt Kunststoffverpackungen weiter und fügt ihnen intelligente Funktionen und Einsatzmöglichkeiten hinzu. Damit leisten die smarten Verpackungen einen Beitrag zu mehr Nachhaltigkeit und sind zudem innovativer, individualisierter oder kommunikativer. Auf diese Weise heben sie den Nutzen und die Funktionen von Verpackungen auf ein neues Niveau. Die Bezeichnung „Smart Packaging“ beschreibt dabei zunächst grundlegend Verpackungen, die durch die Integration verschiedener Technologien erweiterte Funktionen mit sich bringen. Es lassen sich zwei Typen unterscheiden: aktive Verpackungen und intelligente Verpackungen.
Aktive Verpackungen: Optimale Bedingungen schaffen
Aktive Verpackungen treten in Wechselwirkung mit dem Inhalt, indem sie entweder Substanzen an den Verpackungsinhalt abgeben oder diesem oder dessen Umgebung Stoffe entziehen. Schlüssel dafür sind „aktive Komponenten“, bestimmte Substanzen oder Materialien wie Sauerstoff- und Ethylenabsorber, lichtfilternde Materialien, antimikrobielle Beschichtungen oder feuchteregulierende Materialien. Sie regulieren gezielt Feuchtigkeit, verbrauchen Sauerstoff, stoppen Reifungsprozesse und mikrobielles Wachstum, regulieren den Lichteinfluss oder schützen vor dem Verlust von Geschmack und Aromen.
Damit schaffen aktive Verpackungen eine optimale Umgebung im Verpackungsinneren, um die Haltbarkeit oder Qualität der Produkte während der gesamten Lagerungszeit zu verbessern. Sie sind deshalb vor allem für die Lebensmittelindustrie von zentraler Bedeutung. Die aktive Komponente kann dabei entweder in die Verpackung integriert sein oder separat in Form von Einlagen hinzugefügt werden.
Aktive Komponenten können sein:
Feuchtigkeitsregulierende Materialien, zum Beispiel Trockenmittelsachets, halten die Luftfeuchtigkeit in der Verpackung konstant und möglichst optimal. Sie schützen den Inhalt vor Feuchtigkeitsschwankungen und reduzieren so das Risiko für den Verderb.
Sauerstoffabsorber, angebracht beispielsweise im Deckel von Kunststoffflaschen, leiten Sauerstoff aus der Verpackung. So werden Oxidationsprozesse verlangsamt, was wiederum Produkte länger haltbar macht und Veränderungen von Farbe und Geschmack sowie den Verlust von Nährstoffen reduziert.
Ethylenabsorber, etwa in Folienverpackungen, absorbieren das Reifungshormon Ethylen während der Lagerung des Lebensmittels, das somit länger haltbar bleibt.
Antimikrobielle Beschichtungen hemmen das Wachstum von Bakterien, Pilzen und anderen Mikroorganismen, zum Beispiel in Käseverpackungen. Sie senken das Risiko des Verderbs und dass die Lebensmittel Erkrankungen hervorrufen können. Die Qualität der Produkte bleibt erhalten, weniger Lebensmittel werden verschwendet.
Ein integrierter UV-Schutz in durchsichtigen Kunststoffverpackungen kann die Lichtdurchlässigkeit und damit Produktveränderungen verringern.
Intelligente Verpackungen: Bewährter Schutz mit weiteren Extras
Intelligente Verpackungen eröffnen mit zusätzlichen Diagnostik- und Indikatorfunktionen neue Möglichkeiten für die Kommunikation und Interaktion mit der Außenwelt. Dazu werden moderne Technologien wie Sensoren, Barcodes oder Indikatoren im Verpackungsmaterial selbst, an der Außenseite oder im Verpackungsinneren platziert – und überwachen den Zustand des Inhalts. Handel sowie Verbraucherinnen und Verbraucher können so erkennen, wie und ob ein Lebensmittel richtig gelagert wurde oder nach Ablauf der Mindesthaltbarkeit noch genießbar ist. Das gilt etwa, wenn die Nachverfolgung auf die Unterbrechung der Kühlkette hindeutet oder eine Farbänderung auf eine undichte Verpackung oder eine unerwünschte Vermehrung von Salmonellen vermuten lässt.
Einige intelligente Verpackungen nutzen bereits interaktive Technologien wie Augmented Reality (AR). Sie können mithilfe von Videos oder Animationen lebendig und ansprechend gestaltet oder mit weiterführenden Informationen im virtuellen Raum ergänzt werden. Durch das Scannen von Barcodes oder RFID-Chips lassen sich die Informationen in Verbindung mit einer passenden App online abrufen.
Technologien intelligenter Verpackungen:
Datenträger sichern den Informationsfluss in der Lieferkette und dienen zudem der Nachverfolgung von Produkten. Außerdem lassen sich personalisierte Informationen oder Angebote basierend auf den individuellen Bedürfnissen und Präferenzen der Verbraucherinnen und Verbraucher bereitstellen.
- Barcodes und QR-Codes sind weit verbreitet, da sie geringe Kosten verursachen und sich einfach anwenden lassen. Sie können auch zu Marktforschungszwecken eingesetzt werden: Hersteller sehen dann, wann und wo der Code ausgelesen wurde.
- Radio-Frequenz-Identifikations (RFI)-Chips erfassen und übertragen Informationen über das Produkt und seine Herkunft automatisch. So lässt sich beispielsweise der gesamte Produktionsprozess bis zum Point of Sale zurückverfolgen. Dies schafft mehr Transparenz und Vertrauen in die Produkte, Marken und den Handel. Die Integration von Sicherheitsmerkmalen auf RFID-Chips kann außerdem dazu beitragen, Produktfälschungen zu verhindern.
- Near Field Communication (NFC)-Chips lassen sich mit jedem Smartphone oder Tablet auslesen. Beipackzettel lassen sich so automatisiert vorlesen und auch Medikamente werden automatisiert nachbestellt.
Ist das noch gut? Aus Angst vor verdorbenen Lebensmitteln werden viele Produkte entsorgt, die noch zum Verzehr geeignet wären.
- Frische-Indikatoren liefern beispielsweise präzise Informationen über den Reifestatus von Lebensmitteln. Sie reagieren auf chemische Verbindungen, die beim Verderb von Lebensmitteln entstehen. Wachsen Bakterien oder verändert sich der pH-Wert, wechseln sie ihre Farbe.
- Unterbrechungen in der Kühlkette sind die häufigste Ursache für Lebensmittelverderb und durch ihn verursachte Erkrankungen. Zeit-Temperatur-Indikatoren (TTIs) erkennen, welchen Temperaturen ein Lebensmittel über die Zeit in der Lebensmittelkette ausgesetzt war. Sie zeigen an, ob die Kühlkette einhalten wurde, indem sie ihre Farbe in Abhängigkeit von Temperatur und Zeit wechseln.
- Gasindikatoren ermitteln über Sensoren Veränderungen der Atmosphäre in der Verpackung und reagieren ebenfalls mit einem Farbwechsel. Sie messen dafür die Konzentrationen von Sauerstoff und Kohlendioxid, Wasserdampf, Ethanol oder Schwefelwasserstoff, die oft eng mit dem voranschreitenden Verderb zusammenhängen.
Pro und Contra
Smart Packaging ist eine zukunftsweisende, innovative Entwicklung in der Verpackungsindustrie. Der Marktanteil aktiver und intelligenter Verpackungen wird laut Studien im Jahr 2024 auf 14,48 Milliarden US-Dollar geschätzt. Durch die steigende Nachfrage nach fortschrittlichen Verpackungslösungen in verschiedenen Branchen wird das Wachstum weiter vorangetrieben: Bis 2029 soll der Marktanteil durchschnittlich um 6,55 Prozent pro Jahr wachsen.
Vor allem aktive Verpackungen sind bereits im Handel in Umlauf. Intelligente Verpackungen hingegen sind wegen der hohen Kosten pro Verpackungseinheit in der Massenproduktion noch zu teuer und deshalb weniger verbreitet. Derzeit kommen aktive und intelligente Verpackungen hauptsächlich in der Lebensmittelindustrie, seltener in der Pharma- und Kosmetikindustrie zum Einsatz. Sie sind leicht einzusetzen, liefern zusätzliche Informationen und erweitern die Möglichkeiten für eine verbesserte Haltbarkeit, Qualität, Produktsicherheit und Kommunikation. Dies bedeutet mehr Nachhaltigkeit und Sicherheit für verpackte Produkte sowie weniger Lebensmittelverschwendung. Laut UN-Umweltprogramm gehen jedes Jahr über eine Milliarden Tonnen aller weltweit produzierten Lebensmittel verloren oder werden verschwendet – in Deutschland waren es im Jahr 2021 ca. 11 Millionen Tonnen.
Doch der Einsatz von Indikatoren und Sensoren könnte sich auch negativ auswirken: Wenn Verbraucherinnen und Verbraucher nur noch zu Produkten mit unverfärbten statt leicht verfärbten, aber unbedenklichen Frischeindikatoren greifen, führt das zu mehr unverkauften Produkten oder sogar zu einem Vertrauensverlust in die Marke oder den Händler. Hinzu kommt, dass das Recycling der smarten Verpackungen noch nicht abschließend geklärt ist. Denn die Recyclingfähigkeit kann sich durch das Anbringen der intelligenten Komponenten reduzieren bis hin zu unmöglich werden. Zudem schreibt die EU-Verpackungsverordnung (PPWR) vor, dass Verpackungen recycelbar sein müssen – der Anteil smarter Verpackungen im Markt muss also hoch genug sein, damit überhaupt ein Stoffstrom entstehen kann. Außerdem gelten Verpackungen mit Elektronikelementen wie Chips momentan als Elektronik, weshalb die Entsorgung über den Hausmüll problematisch ist. Hier braucht es übergreifende Regelung für die Entsorgung.
Darüber hinaus ist nicht jeder Anwendungsbereich sinnvoll oder notwendig: Es muss individuell entschieden werden, ob sich eine smarte Verpackung für ein Produkt lohnt oder nicht. Denn ihr Einsatz ist nur dann sinnvoll, wenn er den Umsatz steigert oder Abfälle verringert, da vor allem intelligente Verpackungen mit höheren Kosten einhergehen. Smart Packaging muss in Zukunft also gesichert nachhaltig und kosteneffizient sein, um eine breite Akzeptanz unter Verbraucherinnen und Verbrauchern zu erreichen und sich in der Industrie stärker sowie erfolgreich durchzusetzen.
