Was ist EVOH-Folie und warum wird sie in Lebensmittelverpackungen verwendet?

EVOH – Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer – ist eines der wichtigsten Barrierematerialien in modernen flexiblen Lebensmittelverpackungen. Es wird normalerweise nicht als eigenständige Folie, sondern als funktionelle Barriereschicht innerhalb einer mehrschichtigen Folienstruktur verwendet, wobei seine außergewöhnliche Fähigkeit, die Sauerstoffdurchlässigkeit zu blockieren, die Haltbarkeitsleistung von Verpackungen für sauerstoffempfindliche Lebensmittelprodukte bestimmt. Für Lebensmittelhersteller, Verpackungskäufer und alle, die aseptische Beutel oder Bag-in-Box-Verpackungen für flüssige Produkte spezifizieren, ist es hilfreich zu verstehen, was EVOH bewirkt, wie es funktioniert und wo seine Grenzen liegen.

Was ist EVOH?

EVOH ist ein thermoplastisches Polymer, das durch Verseifung (chemische Umwundlung) von Ethylen-Vinylacetat-Copolymer hergestellt wird. Das resultierende Material kombiniert eine Ethylenkomponente, die für Verarbeitbarkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit sorgt, mit einer Vinylalkoholkomponente, die für außergewöhnliche Sauerstoffbarriereeigenschaften sorgt. Das Verhältnis von Ethylen zu Vinylalkohol im Copolymer – ausgedrückt als Ethylen-Molprozentsatz – beeinflusst das Gleichgewicht zwischen Sauerstoffbarriereleistung und Feuchtigkeitsempfindlichkeit: Ein niedrigerer Ethylengehalt führt zu einer besseren Sauerstoffbarriere, aber höherer Feuchtigkeitsempfindlichkeit; Ein höherer Ethylengehalt verringert die Feuchtigkeitsempfindlichkeit und verringert gleichzeitig leicht die Barriereleistung.

Kommerzielle EVOH-Qualitäten, die in Lebensmittelverpackungen verwendet werden, haben typischerweise einen Ethylengehalt von 27 bis 44 Molprozent, wobei die spezifische Qualität auf der Grundlage der Verarbeitungsanforderungen und des für die Anwendung erforderlichen Gleichgewichts zwischen Barriere und Feuchtigkeitsbeständigkeit ausgewählt wird.

Warum die Sauerstoffbarriereleistung von EVOH wichtig ist

Sauerstoff ist die Hauptursache für Qualitätsverschlechterungen bei den meisten verpackten flüssigen Lebensmitteln. In Fruchtsäften und -konzentraten reagiert Sauerstoff mit Ascorbinsäure (Vitamin C), Anthocyanen (Farbpigmenten) und flüchtigen Aromastoffen – was zu Bräunung, Vitaminverlust und Geschmacksverschlechterung führt. Im Wein treibt Sauerstoff die Oxidation von Phenolverbindungen und flüchtigen Estern voran, wodurch der Charakter frischer Früchte verloren geht und Fehlaromen entstehen. In Speiseölen löst Sauerstoff eine Lipidoxidation aus – Ranzigkeit. In Milchprodukten trägt Sauerstoff zur Entwicklung von Fehlgeschmack und zum Vitaminabbau bei.

Die Geschwindigkeit, mit der Sauerstoff das Produkt in einer versiegelten Verpackung erreicht, wird anhand der Sauerstoffdurchlässigkeitsrate (OTR) des Verpackungsmaterials gemessen – der Sauerstoffmenge, die unter standardisierten Bedingungen pro Tag durch einen definierten Bereich des Materials gelangt. Eine niedrigere OTR bedeutet eine bessere Sauerstoffbarriereleistung und eine längere Produkthaltbarkeit.

Die Sauerstoffbarriereleistung von EVOH ist deutlich besser als bei Standard-Verpackungspolymeren:

EVOH bietet unter trockenen Bedingungen eine etwa 100- bis 10.000-mal bessere Sauerstoffbarriereleistung als Standard-PE-Folie. Dies bedeutet, dass Verpackungen mit einer EVOH-Schicht über Monate hinweg eine sauerstoffarme Umgebung in der versiegelten Verpackung aufrechterhalten und das Produkt so während der gesamten vorgesehenen Haltbarkeitsdauer vor oxidativem Verfall schützen können.

Kritische Einschränkung von EVOH: Feuchtigkeitsempfindlichkeit

Die hervorragende Sauerstoffbarriereleistung von EVOH bei trockenen Bedingungen nimmt mit zunehmender Luftfeuchtigkeit deutlich ab. Die Vinylalkoholgruppen in EVOH, die für die Barrierewirkung sorgen, sind hydrophil – sie absorbieren Wasser aus der Umgebung. Wenn die EVOH-Schicht Feuchtigkeit aufnimmt, wird ihre kristalline Struktur gestört und die Sauerstoffdurchlässigkeit erhöht. Bei hoher relativer Luftfeuchtigkeit (80–100 % relative Luftfeuchtigkeit) kann die Sauerstoffbarriereleistung von EVOH im Vergleich zu trockenen Bedingungen je nach Sorte um den Faktor 10 bis 100 abnehmen.

Aufgrund dieser Feuchtigkeitsempfindlichkeit wird EVOH selten als Oberflächenschicht in Lebensmittelverpackungen verwendet. Es muss als Mittelschicht in einem mehrschichtigen Folienaufbau positioniert werden, beidseitig geschützt durch feuchtigkeitsbeständige Polymerschichten. Die äußeren und inneren Schichten aus PE, PP oder PET fungieren als Feuchtigkeitsbarrieren, die das EVOH vor Umgebungsfeuchtigkeit und vor Feuchtigkeit im Produkt selbst schützen und die EVOH-Schicht in einem Zustand mit niedriger Luftfeuchtigkeit halten, in dem ihre Sauerstoffbarriereleistung maximiert wird.

Eine typische mehrschichtige Folienstruktur mit EVOH für aseptische Lebensmittelverpackungen ist: PE/Klebstoff / EVOH / Klebstoff / PE. Die PE-Schichten bieten Feuchtigkeitsschutz für die EVOH-Mittelschicht, Heißsiegelbarkeit (inneres PE) und strukturelle Integrität. Das EVOH sorgt für die Sauerstoffbarriere. Klebende Verbindungsschichten verbinden die inkompatiblen PE- und EVOH-Schichten mit ausreichender Zwischenschichthaftung, um eine Delaminierung während der Verarbeitung und Verwendung zu verhindern.

EVOH vs. Aluminiumfolie in der aseptischen Beutelkonstruktion

Bei aseptischen Beuteln und Bag-in-Box-Verpackungen erfordert die Wahl zwischen EVOH-haltiger Mehrschichtfolie und Aluminiumfolienlaminat einen Kompromiss zwischen Barriereleistung, Transparenz und Kosten:

Aluminiumfolienlaminat

Aluminiumfolie mit einer Dicke von 9 Mikrometern bietet praktisch keine OTR und keine Lichtdurchlässigkeit – die höchste verfügbare Barriereleistung. Es ist undurchlässig für Sauerstoff und Licht und ist damit der Standard für die anspruchsvollsten Haltbarkeitsanwendungen: Saftkonzentrate, Tomatenprodukte und andere äußerst sauerstoffempfindliche Lebensmittelprodukte, die eine Haltbarkeitsdauer von 12 bis 24 Monaten bei Umgebungstemperatur erfordern. Der Nachteil besteht darin, dass Aluminiumfolie den Beutel undurchsichtig macht (das Produkt ist durch die Verpackung nicht sichtbar), im Vergleich zu Konstruktionen, die nur aus Folie bestehen, das Gewicht und die Materialkosten erhöht und Probleme beim Recycling mit sich bringt.

Metallisiertes PET (aluminiumbeschichtetes PET)

Metallisiertes PET verwendet eine sehr dünne Aluminiumschicht (ca. 0,02–0,05 Mikrometer), die auf eine PET-Folienoberfläche aufgedampft wird. Es bietet eine hohe Barriereleistung, die deutlich besser ist als die von Standard-PE oder PET, erreicht aber nicht annähernd die OTR von dicker Aluminiumfolie, die nahezu Null ist. Metallisiertes PET ist leichter, kostengünstiger und flexibler als Folienlaminat und eignet sich daher für aseptische Beutel mit hoher Barriere, bei denen kein absoluter Null-OTR-Wert erforderlich ist. Es ist undurchsichtig (die Aluminiumschicht blockiert Licht), bietet aber eine gute Barriere für eine Vielzahl von Lebensmittelverpackungsanwendungen.

EVOH-Verbundfilm

EVOH in einer mehrschichtigen PE/EVOH/PE- oder PET/EVOH/PE-Struktur bietet eine hervorragende Sauerstoffbarriere bei geringeren Materialkosten als Konstruktionen auf Aluminiumbasis und behält – entscheidend – die Transparenz der Folie bei, wenn die Außenschichten klar sind. Für Anwendungen, bei denen die Produktsichtbarkeit wichtig ist (verbraucherseitige Verpackungen, bei denen Transparenz ein Verkaufsargument ist, bestimmte Saft- und Getränkeanwendungen), ermöglichen EVOH-Verbundfolien eine klare oder durchscheinende Verpackung mit hoher Sauerstoffbarriereleistung. Der Nachteil besteht darin, dass EVOH keine Lichtbarriere bietet – lichtempfindliche Produkte benötigen dennoch eine undurchsichtige Außenschicht oder Sekundärverpackung zum Lichtschutz.

Kombinierter metallisierter EVOH-Verbundstoff

Die leistungsstärksten Folienkonstruktionen für aseptische Beutel kombinieren metallisiertes PET oder EVOH mit zusätzlichen Barriereschichten und bieten so sowohl Sauerstoffbarriere als auch Lichtbarriere in einer Struktur, die leichter ist als Vollfolienlaminat. Hierbei handelt es sich um Konstruktionen mit „ultrahoher Barriere“, die für Produkte mit den höchsten Anforderungen an die Haltbarkeit verwendet werden und bei denen die absolute Null-OTR von dicker Folie mit Folienalternativen nicht erreichbar ist. Die aseptischen Hochbarriere- und Ultrahochbarriere-Beutel von Ruijin Xinchen nutzen diese kombinierten Materialkonstruktionen.

EVOH in aseptischen Beuteln: Anwendungsbeispiele

Mehrschichtfolien auf EVOH-Basis werden für die gesamte Palette flüssiger Lebensmittelprodukte verwendet, die in aseptischen Beuteln verpackt sind:

• Fruchtsaft- und Gemüsesaftkonzentrate: Der Schutz von Vitamin C und Anthocyanen erfordert eine hohe Sauerstoffbarriere. EVOH-Verbund- oder Aluminiumfolien-Laminatbeutel behalten die Qualität des Saftkonzentrats 12 Monate lang bei Umgebungstemperatur.
• Weinverpackung (BIB-Format): Hochbarriere-EVOH- oder metallisierte PET-Beutel für Bag-in-Box-Wein bewahren die Frische des Weins sowohl vor dem Öffnen (Schutz vor Oxidation im Lager) als auch nach dem Öffnen (Begrenzung der durch Permeation verursachten Oxidation während des 4- bis 6-wöchigen Ausgabezeitraums).
• Milchprodukte (UHT-verarbeitet): Aseptische Beutel für UHT-Milch, Sahne und flüssige Milchprodukte verwenden EVOH-Verbundfolien, die eine Sauerstoffbarriere ohne die Undurchsichtigkeit von Folie bieten und so die Sichtbarkeit des Produkts in einigen verbraucherorientierten Formaten ermöglichen.
• Speiseöl: Die Öloxidation (Ranzigkeit) wird durch Sauerstoff vorangetrieben und durch Licht beschleunigt. Aseptische Hochbarrierebeutel für Speiseöl verwenden undurchsichtige Strukturen – metallisierte PET/EVOH-Verbundwerkstoffe oder Aluminiumfolienlaminate –, die sowohl die Sauerstoff- als auch die Lichtdurchlässigkeit verbessern.
• Kräuterextrakte und Lebensmittelzusatzstoffe: Für hochwertige flüssige Zutaten, die eine lange Haltbarkeit bei Umgebungstemperatur ohne Kühlkette erfordern, werden aseptische Beutel mit Ultrahochbarriere verwendet, bei denen der Kostenaufschlag der Barrierefolie durch den Produktwert und die Anforderungen an die Haltbarkeit gerechtfertigt ist.

Häufig gestellte Fragen

Ist EVOH lebensmittelecht?

EVOH ist für Anwendungen mit Lebensmittelkontakt in allen wichtigen regulatorischen Märkten zugelassen. In den USA ist EVOH unter FDA 21 CFR 177.1360 als indirekter Lebensmittelzusatzstoff zur Verwendung in Artikeln mit Lebensmittelkontakt gelistet. In der EU ist EVOH in der Positivliste der Monomere gemäß der Verordnung (EU) 10/2011 über Materialien und Gegenstände aus Kunststoff, die dazu bestimmt sind, mit Lebensmitteln in Berührung zu kommen, aufgeführt. EVOH führt zu einer minimalen Migration in Lebensmittel – das Polymer ist unter normalen Lebensmittelkontaktbedingungen äußerst stabil – und stellt keine Bedenken hinsichtlich der Lebensmittelsicherheit dar, wenn es innerhalb der in den geltenden Lebensmittelkontaktvorschriften festgelegten Parameter verwendet wird.

Kann EVOH-Folie recycelt werden?

Mehrschichtige Filme enthaltend EVOH sind in der Regel nicht über Standard-Einstoff-Kunststoffrecyclingströme recycelbar, da die verschiedenen Polymerschichten nicht einfach getrennt werden können. Dies ist eine anerkannte Einschränkung mehrschichtiger Barrierefolien und ein aktiver Entwicklungsbereich in der Verpackungsindustrie. Monomaterial-Barrierefolien – die eine ausreichende Sauerstoffbarriereleistung aus einer einzigen kompatiblen Polymerfamilie erzielen (Voll-PE- oder Voll-PP-Strukturen mit modifizierten Barriereschichten) – werden als recycelbare Alternativen zu EVOH-Mehrschichtfolien entwickelt, obwohl sie für anspruchsvolle Anwendungen noch nicht die Barriereleistung von EVOH erreichen. Bei hochwertigen Lebensmittelprodukten, bei denen eine EVOH-Barriereleistung erforderlich ist, um ein Verderben zu verhindern, begünstigt die Umweltbilanz der Vermeidung von Lebensmittelverschwendung (die eine viel größere Umweltbelastung hat als die Verpackung selbst) typischerweise eine EVOH-Barrierefolie gegenüber recycelbaren Alternativen mit geringerer Barriere, die den Verderb des Produkts ermöglichen.

Was ist der Unterschied zwischen EVOH und PVDC (Saran) als Sauerstoffbarrieren?

Beides EVOH and PVDC (Polyvinylidenchlorid) sind leistungsstarke Sauerstoffbarrierematerialien, die in Lebensmittelverpackungen eingesetzt werden. EVOH bietet unter trockenen Bedingungen eine bessere Sauerstoffbarriereleistung als PVDC, ist umweltfreundlicher (PVDC enthält Chlor und stellt regulatorische Herausforderungen für die Verbrennungsentsorgung dar) und wird im Allgemeinen für neue Verpackungsentwicklungen bevorzugt. PVDC hat eine geringere Feuchtigkeitsempfindlichkeit als EVOH – seine Barriereleistung ist bei erhöhter Luftfeuchtigkeit stabiler – was ihm einen Vorteil bei Anwendungen mit hoher Luftfeuchtigkeit verschafft. In der Praxis hat EVOH mit geeigneten feuchtigkeitsschützenden PE-Außenschichten PVDC in aseptischen Lebensmittelverpackungsanwendungen weitgehend ersetzt.

Beeinflusst die Dicke der EVOH-Schicht die Barriereleistung?

Ja. Dicke der EVOH-Schicht in einer mehrschichtigen Filmstruktur wirkt sich direkt auf die OTR aus – dickere EVOH-Schichten sorgen für eine bessere Sauerstoffbarriere. Oberhalb eines bestimmten Dickenschwellenwerts (typischerweise 3 bis 5 Mikrometer in einer koextrudierten Struktur) nimmt jedoch die inkrementelle Barriereverbesserung pro zusätzlichem Mikrometer EVOH ab und andere Faktoren – Folienverarbeitungskonsistenz, Qualität der Klebeschicht, Gesamtfoliendicke – gewinnen an Bedeutung. Die meisten coextrudierten Lebensmittelverpackungsfolien verwenden EVOH-Schichten von 3 bis 8 Mikrometern als Teil der Gesamtfoliendicke im Bereich von 70 bis 200 Mikrometern. Der EVOH-Gehalt macht 2 bis 10 % der Gesamtfilmdicke aus, ist aber für den Großteil der Sauerstoffbarriereleistung verantwortlich.

Hochbarriere Aseptische Beutel mit EVOH von Ruijin Xinchen

Ruijin Xinchen Technology Co., Ltd. stellt aseptische Beutel und Bag-in-Box-Verpackungen mit Standard-Barriere-, Hochbarriere- und Ultrahochbarriere-Folienkonstruktionen her, die metallisiertes PET, EVOH-Verbundwerkstoff, reines Aluminiumfolienlaminat und PE-Folienkombinationen enthalten. Einstufige Produktionslinie, die Ventilformen, Folienblasen, Laminieren und Beutelherstellung in einer QS-zertifizierten, nationalen High-Tech-Unternehmensanlage in Ruijin, Jiangxi, China, umfasst. Kapazitätsbereich von 1 l bis 220 l für Anwendungen in den Bereichen Lebensmittel, Getränke, Milchprodukte, Speiseöl und Spezialflüssigkeiten.

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