Früchte länger frisch halten Bei Gelb stoppen: Katalysator verhindert überreife Bananen

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Bananen sind schnell überreif, besonders wenn sie neben anderem Obst wie Äpfeln liegen. Der Grund ist ein Botenstoff, der von den Früchten abgegeben wird und die Reifeprozesse im benachbarten Obst beschleunigt. Empa-Forscher haben nun ein Katalysator-System entwickelt, das diesen Botenstoff zersetzen und so die Bananen länger frisch halten soll.

Zürich/Schweiz – Gelb bleiben die frisch gekauften Bananen im vollen Früchtekorb nie lang. Schon einige Tage später nehmen die Früchte eine braune Farbe an und werden dann nicht selten weggeworfen statt gegessen. Grund für diese beschleunigte Reifung ist der Stoff Ethen. Als Gas wirkt es nicht nur innerhalb einer einzelnen Frucht als Botenstoff, sondern beeinflusst auch andere Früchte in der Nähe.

So löst das Pflanzenhormon eine wahre Kettenreaktion aus, indem es in anderen Pflanzen und Früchten ebenfalls die Produktion von Ethen anregt. Mehr Ethen bedeutet eine schnellere Reifung. Äpfel, die zum Beispiel besonders viel Ethen abgeben, sorgen dann bei Früchten wie Bananen, die besonders empfindlich auf den Stoff reagieren, zu einer vorzeitigen Reifung. Früchte lassen sich dadurch weniger lange lagern – das führt nicht nur im Kühlschrank zu Hause zu unnötigem Wegwerfen, sondern auch in der Lieferkette vom Importeur über den Großhandel bis zum Einzelhandel.

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Holz als Basis für das Katalysatorgerüst

Um den Reifeprozess zu verlangsamen, muss Ethen von Früchten und Gemüse ferngehalten werden. Huizhang Guo und Mirko Lukovic, Forscher der Empa und der ETH Zürich, haben hierfür ein Konzept entwickelt, um das Ethen, das von Früchten und Gemüse abgegeben wird, zu zersetzen. Als Grundlage dient eine „delignifizierte“ Holzstruktur, die mit einem atomar verteilten Katalysator auf Platin-Basis ausgestattet wird.

Holz besteht aus drei Grundstoffen: Zellulose, Hemizellulose und Lignin, dem Bindestoff in Holz. Mithilfe einer Säure lösten die Forscher sowohl Lignin wie auch Hemizellulose aus dem Holz heraus. Dadurch wird das Holz extrem porös und bekommt eine große spezifische Oberfläche. So ein delignifiziertes Holz eignet sich deshalb gut als natürliches Gerüst für den Platin-Katalysator.

Prinzip gleicht Autoabgas-Katalysatoren

Das Konzept funktioniert ähnlich wie bei einem Dreiwege-Katalysator in Automotoren. Strömt Ethen durch die poröse Struktur, trifft es immer wieder auf die Platinpartikel, die das Pflanzenhormon zu Wasser und Kohlendioxid (CO₂) zersetzen. Das Empa-Team zeigte, dass der Katalysator bei Raumtemperatur nahezu 100 Prozent des ausgestoßenen Ethens zersetzt.

In der Kühlung, etwa bei Lagerung und Transport innerhalb der Lieferkette, kann sich allerdings ein Problem ergeben: Bei 0 °C kann das entstehende Wasser nicht mehr verdampfen und setzt sich auf dem Katalysator ab. Dadurch wird der chemische Umwandlungsprozess blockiert. Um den Katalysator vom Wasser zu befreien und wieder funktionsfähig zu machen, genügt es aber, die komplette Struktur alle zwei Stunden für einige Minuten zu erwärmen, sagt Lukovic.

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Ein echtes Haltbarkeitsdatum für Lebensmittel?

Kühlschränke mit erweiterter Frischefunktion

Die Ergebnisse demonstrieren die Funktionsfähigkeit des mit dem Katalysator ausgestatteten delignifizierten Holzes. Als nächster Schritt stehe ein Upscaling des Konzepts auf Industriemaßstab an, meinen die Forscher. Größere Prototypen des Katalysators könnten in Kühlschränken und Kühlhäusern verbaut werden und so den Reifeprozess von Früchten und Gemüse verlangsamen. Die Lebensdauer eines solchen Katalysators sei dabei ähnlich lange wie die Nutzungsdauer des Kühlschranks selbst.

Das Konzept des katalytischen Abbaus von Ethen zur Verlängerung der Haltbarkeit von Obst ist nicht neu: Seit 2015 produziert beispielsweise das japanische Unternehmen Hitachi Kühlschränke mit Platinkatalysatoren, um die gelagerten Lebensmittel länger haltbar zu machen. Hitachi verwendet Kieselsäure als Gerüst für die Platin-Nanopartikel. Die Empa-Forscher haben dieses Konzept nun mit ihrem Gerüst auf Holzbasis optimiert und damit auch eine effizientere Nutzung des (eher teuren) Platinkatalysators erreicht. Zudem vermeidet die an der Empa entwickelte Technologie eine mögliche Kontamination des Lebensmittels mit Platin-Nano-/Mikropartikeln, indem der Katalysator fest auf der Oberfläche der porösen Holzstruktur gebunden wird.

Originalpublikation: H. Guo, P. Warnicke. M. Griffa, U. Müller, Z. Chen, R. Schaeublin, Z. Zhang, M. Luković, Hierarchical Porous Wood Cellulose Scaffold with Atomically Dispersed Pt Catalysts for Low-Temperature Ethylene Decomposition, ACS Nano 13, 12, 14337-14347 Publication Date:November 26, 2019; DOI: 10.1021/acsnano.9b07801

* M. Hausammann, 8600 Dübendorf/Schweiz

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