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Die Anwendung natürlicher Farbstoffe in Folien zur Anzeige der Lebensmittelfrische

2025-12-01
1. Die wichtigsten natürlichen Farbstoffe und ihre Eigenschaften

Anthocyane sind wasserlösliche Pigmente, die in Pflanzen weit verbreitet sind. Sie können innerhalb eines weiten pH-Bereichs deutliche Farbveränderungen zeigen, von rot unter sauren Bedingungen über violett unter neutralen Bedingungen bis hin zu blau unter alkalischen Bedingungen. Diese einzigartige farbverändernde Eigenschaft macht sie zu einem idealen Material für Lebensmittelfrischeindikatoren.

Studien haben gezeigt, dass Rotkohl und violette Süßkartoffeln die besten Rohstoffe für die Extraktion von Anthocyanen sind, da sie einen hohen Gehalt an monomethylierten und dimethylierten Anthocyanen aufweisen, eine bessere thermische Stabilität und Lichtstabilität aufweisen und einen größeren pH-abhängigen chromatographischen Bereich aufweisen. In berichteten Studien liegt der Anteil dieser beiden pflanzlichen Rohstoffe bei über 35 %.

Praktische Anwendungsforschung zeigt, dass die Verpackungsfolie, die durch Mischen von violetten Süßkartoffel-Anthocyanen mit Carboxymethylcellulose und Stärke hergestellt wird, die Frischeveränderungen von Fisch effektiv überwachen kann. Ebenso wurden intelligente Indikatorfilme auf Basis biologisch abbaubarer Membranen und Hagebuttenanthocyane erfolgreich zur Überwachung der Frische von Schweinefleisch eingesetzt. Allerdings bleibt die Stabilität von Anthocyanen bei hohen Temperaturen ein Problem, das gelöst werden muss. Untersuchungen haben ergeben, dass mit zunehmender Lagertemperatur die Farbveränderung des Anthocyan-Indikatorfilms deutlicher wird, was hauptsächlich auf die Oxidationsreaktion der Anthocyane und die geringere thermische Stabilität zurückzuführen ist.

Curcumin ist eine Polyphenolverbindung, die aus dem Rhizom der Kurkuma gewonnen wird. Es besitzt nicht nur verschiedene biologische Aktivitäten, sondern dient auch als hochempfindlicher Säure-Basen-Indikator. Die Farbänderung von Curcumin ist auf die gegenseitige Umwandlung seiner Molekülstruktur zurückzuführen: In einer sauren oder neutralen pH-Umgebung liegt es in Form von Diketon vor und erscheint gelb, während es in einer alkalischen pH-Umgebung hauptsächlich rot erscheint.

Studien haben bestätigt, dass der durch Zugabe von Curcumin zu Talaloy und Polyvinylalkohol als Basismaterial hergestellte Indikatorfilm in verschiedenen Ammoniakumgebungen mit relativer Luftfeuchtigkeit und bei der Erkennung der Garnelenfrische signifikante Farbveränderungen zeigt. Der auf K-Carboxymethylcellulose und Curcumin basierende Indikatorfilm verbessert nicht nur die thermische Stabilität, sondern erhöht auch die Antioxidationsfähigkeit, Feuchtigkeitsbeständigkeit und Zugfestigkeit der Membran erheblich.

Um die Einschränkung des begrenzten Farbwechselbereichs von Curcumin zu überwinden, entwickelten Forscher ein gemischtes Indikatorsystem. Der pH-Sensorfilm, der durch Mischen von Curcumin mit Anthocyan im Verhältnis 2:8 hergestellt wird, kann drei verschiedene Farben aufweisen, die den Frischegrad von Fisch, mittlere Frische und Verderb darstellen. Dieser Mischfarbstoff erweitert nicht nur den Farbwechselbereich, sondern erhöht auch die Stabilität eines einzelnen Farbstoffs.
03. Zimtoyanilin

Cinnamoyanilin ist ein natürliches Pigment, das aus den Wurzeln der Chinarindenpflanze gewonnen wird. Als neuartiger pH-Indikator zeigt er vielversprechende Anwendungsperspektiven in intelligenten Verpackungen. Wenn sich der pH-Wert von sauer nach alkalisch ändert, unterliegen die Cinnamoyanilin-Moleküle einem Protonentransfer und bilden intramolekulare Wasserstoffbrückenbindungen, was zu einem Farbwechsel von Gelb nach Lila führt.

Studien haben gezeigt, dass der Acetatzellulose-Nanofaserfilm mit dem Zusatz von Zimtanilin als Echtzeitindikator für den Verderb von Fisch verwendet werden kann. Unter Lagerbedingungen bei 4 °C, wenn die Gesamtmenge an flüchtigem basischem Stickstoff zunimmt und der pH-Wert des Produkts steigt, kann dieser Verpackungssensor am 6. und 12. Tag deutliche visuelle Farbveränderungen beobachten. Die pH-responsive Funktionsmembran wird mit Chitosan hergestellt, da das Substrat seine Farbe von Khaki zu Hellbraun ändert, wenn sich der pH-Wert des verpackten Fisches ändert, was den Verderbsprozess des Fisches effektiv anzeigt.
04. Rubiadin

Rubiadin ist ein Naphthalinchinonpigment, das aus den getrockneten Wurzeln von Rubia cordifolia gewonnen wird. Es weist im Vergleich zu Anthocyanen eine bessere Stabilität auf. Der Naphthalinringteil in seiner Molekülstruktur ist chemisch aktiv und empfindlich gegenüber Licht, Hitze, Säure und Alkali. Studien haben gezeigt, dass das aus den Wurzeln von Rubia cordifolia gewonnene natürliche Pigment bei der Überwachung der Frische von Fisch in Kombination mit Agar zur Bildung einer Indikatormembran von der anfänglichen rosa Farbe in eine blau-violette Farbe wechselt. Der Farbwechsel ist sehr deutlich.

Um die mechanische Festigkeit der Indikatormembran zu verbessern, weisen die mit biologisch abbaubaren Zellulose- und Rubiadin-Farbstoffen hergestellten kolorimetrischen Sensorfilme eine hohe Zugfestigkeit und hydrophobe Eigenschaften auf. Die Farbveränderung hängt eng mit dem flüchtigen Grundstickstoffgehalt von Garnelen und Schweinefleisch zusammen.
2. Vorbereitungsmethode für den Frischeindikatorfilm

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