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Nederlandstalige versie: zie hieronder Version française: voir ci-dessous

By-products of the fishing industry for biodegradable plastics

Plastic pollution has received a lot of attention in recent years, with quite a bit of resistance to plastic

launched by several action groups. Flanders was campaigning for a plastic-free month of May (see our

previous article “May, the plastic-free month!”). In our opinion efforts should primarily focus on

reducing plastic waste.

The increasing use of biodegradable plastics is undoubtedly a step in the right direction. Moreover,

when biodegradable plastics are also bio-based, the material scores well in terms of sustainability.

However, plastic biodegradation does not have to be the only solution to the waste problem. One does

not necessarily have to make the waste disappear; it could very well be a resource for new materials

and/or objects.

The terms “biodegradable” and “bioplastics” are confusing

Not all bioplastics are biodegradable nor biodegrade more readily than traditional fossil-fuel derived

plastics. According to Tokiwa et al. [2009], a plastic material is defined as a bioplastic if it is either

biobased, biodegradable, or features both properties. For example, polycaprolactone and poly

(butylene succinate) are petroleum based; yet, they can be degraded by microorganisms.

Poly(hydroxybutyrate), poly(lactide) and starch blends are obtained from biomass or renewable

resources and are biodegradable too. On the other hand, despite the fact that polyethylene and Nylon

11 can be produced from biomass, they are not-biodegradable.

The term “biobased” means that the material or product is (partly) derived from biomass. Biobased

packaging materials have been divided into three types, reflecting their historical development

[Robertson 2006]. First-generation materials consist of synthetic polymers, such as polyethylene, with

5 to 20 % starch fillers. Second-generation materials comprise mixtures of synthetic polymers with 40

to 75 % gelatinized starch. Third-generation materials are fully biobased and biodegradable materials

[Haugaard & Mortensen 2003]. These third-generation materials can be classified into three main

categories according to their method of production: (1) polymers directly extracted from vegetal as

well as animal biomass, such as starch, cellulose, alginate or chitin; (2) polymers synthesized from

biomass monomers of which polylactides are known examples; and (3) polymers such as the

polyhydroxyalkanoates that are produced by natural or genetically modified microorganisms.

Biodegradation is a natural process. It converts organic substances in the environment to simpler

compounds, mineralised and redistributed through elemental cycles such as the carbon, nitrogen and

sulphur cycles [Hodzic 2004]. Biodegradation can only occur as microorganisms play a central role in

the process. There are four biodegradation environments for polymers and plastic products: soil,

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aquatic systems, landfill and compost. Each environment contains different microorganisms and has

different conditions for degradation. Microorganisms biodegrade organic materials by the use of their

enzymatic apparatus. Biodegradation can occur by two different mechanisms: hydro-biodegradation

or hydrolysis followed by oxidation as well as oxo-biodegradation, which is defined as degradation

resulting from oxidative and cell-mediated phenomena, either simultaneously or successively [Hann

et al. 2016]. The former is much more important in the case of hydrophilic natural polymers such as

cellulose, starch and polyesters, whereas the latter predominates in the case of other natural polymers

such as rubber and lignin.

Biobased does not equal biodegradable! Biodegradation does not depend on the resource basis of the

material but is rather linked to its chemical structure. In other words, 100 % biobased plastics may be

non-biodegradable and, on the other hand, 100 % fossil fuel-based plastics can biodegrade. With

regard to the non-biobased, oxo-biodegradable plastics − such as high-density polyethylene,

commonly used in carrier bags − there is some evidence to suggest that bacteria can feed on them if

their molecular weight is sufficiently reduced. It is yet to be proven that this happens in practice and

that biodegradation occurs relatively quickly.

Marina Tex won the international James Dyson award

“This university student created a plastic alternative out of fish waste” is the striking title of a recent

World Economic Forum publication [https://www.weforum.org/agenda/2019/11/tipping-the-scales-

briton-develops-fish-waste-plastic/?fbclid=IwAR0sff2hns04io7RsqWdbjg1V7Md2NEP13uUQKSXb-c-

NiDfmUuPz4U2]. Lucy Hughes, a 23-year-old student at the university of Sussex, created Marina Tex

for her final year project in product design. She hopes it will one day replace much single-use plastic.

Its main ingredient is by-products of the fishing industry. It is also edible and, she says, intended as an

alternative to plastic typically used in bakery bags, sandwich packs and tissue boxes.

Her research won her this year´s international James Dyson award, funded by the eponymous British

inventor whose bag-free vacuum cleaner also bears his name. She plans to use the 32000 pounds of

prize money to further develop the product and build a strategy for mass production.

The wealth of the sea is not limited to food alone

Among the first-category biopolymers, such as alginate, carrageenan, pectin, cellulose, gellan gum, etc.

alginates are highly demanded. They are natural hydrophilic polysaccharide biopolymers extracted

from marine brown algae (Phaeophyceae sp.) with good film-forming properties. They help to retain

moisture, reduce shrinkage, and improve the sensory characteristics of food products. Moreover,

alginate coatings can reduce microbial counts, and retard oxidative off-flavours [Theagarajan et al.

2019]. And besides, there is no lack of brown algae in the ocean!

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Yet, not only the vegetal biopolymers play an important role; animal biopolymers offer lots of

opportunities too. Many research teams focussed on the development of biodegradable packaging

using fish proteins as raw materials. Proteins have been frequently used because of their relative

abundance, nutritional qualities and functional properties, including their film-forming ability. In

particular, fish proteins have the ability to form cohesive and continuous matrices during the

evaporative film-forming process due to the presence of myosin. It is the most abundant protein of

myofibrils (60 to 70 % of muscle protein), and it is responsible for their functional properties, such as

gelation [Romani et al. 2018]. Recent studies show that biodegradable films from myofibrillar and

gelatine proteins from fish by-products have promising mechanical and barrier properties for use in

the food industry. However, the best applicability was achieved by adding oil and/or plasticisers to the

formulation [Araújo et al. 2018; Da Silva E Silva et al. 2018]. Mixing two or more polymers has proven

efficient in the search for films with superior technological properties, such as low water vapor

permeability, and highly resistant, flexible, transparent, and bioactive films [Abdelhedi et al. 2018]. For

example, environmentally friendly low oxygen and water vapor permeability films were produced by

mixing fish gelatine and polylactic acid [Hosseini et al. 2016].

On the other hand, the duo chitin-chitosan is the animal polysaccharide frontrunner. Chitin is the

structural material of crustaceans, insects, and fungi, and is a very abundant biopolymer on earth.

Chitosan, a deacetylated derivative of chitin, is a functionally versatile biopolymer due to the presence

of amino groups responsible for the various properties of the polymer. Although it has been used for

various industrial applications, its use as a biodegradable antimicrobial food packaging material

became predominant. Much research has been focused on chitosan-based flexible food packaging and

edible food coatings [Priyadarshi & Rhim 2020]. Various strategies have already been used to improve

the properties of chitosan: using plasticizers and cross-linkers, embedding the polymer with fillers such

as nanoparticles, and fibres, and blending the polymer with natural extracts, essential oils and other

natural and synthetic polymers.

This is a very significant step forward

Alternatives for fossil fuel-based plastic (food) packaging are a matter of great urgency. Food

containers and packaging — the majority of which are made from synthetic polymers — make up a

large share of the solid waste stream that clogs our landfills as well as our oceans, where macro- and

microplastic kills marine life. In addition, the chemical ingredients of plastic can be absorbed by fish,

and eventually by humans who eat the fish. And like the petrol we put in our cars, synthetic plastic is

highly unsustainable.

Quality of consumer goods is often associated with newness, not with caring. Long-term use is all too

frequently undesirable, poorly resourceful. Yet, humans too often continue to make, use, and dispose.

There is an alternative though. The circular economy aims at turning goods that are at the end of their

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service life as well as waste into resources for others, closing the loops of industrial systems and

minimizing waste. This approach can change the current economic logic because it replaces production

with sufficiency [Stahel 2016].

Packaging with fish and/or shrimp waste is a wonderful idea! Packing our food, our lunch sandwich,

pie or cake in materials, made from “discarded” processing waste is a nice example of the necessary

sustainable approach.

References

Abdelhedi er al. [2018]. Composite bioactive films based on smooth-hound viscera proteins and

gelatin: Physicochemical characterization and antioxidant properties, Food Hydrocolloids 74, 176 - 186

Araújo et al. [2018]. Optimizing process parameters to obtain a bioplastic using proteins from fish

byproducts through the response surface methodology, Food Packaging and Shelf Life 16, 23 – 30

Da Silva E Silva et al. [2018]. Development and optimization of biodegradable fish gelatin composite

film added with buriti oil, CYTA: Journal of Food 16, 1, 340 - 349

Hann et al. [2016]. The Impact of the Use of “Oxo-degradable” Plastic on the Environment, Final Report

for the European Commission DG Environment. Project conducted under Framework Contract No

ENV.A.2/FRA/2015/0008, pp. 150

Haugaard & Mortensen [2003]. Biobased food packaging, in Mattson & Sonneson (eds.)

Environmentally-friendly food processing, CRC Press, Woodhead Publishing Limited, 180 - 204

Hodzic [2004]. 12 - Re-use, recycling and degradation of composites, in Green Composites, Polymer

Composites and the Environment, Woodhead Publishing Series in Composites Science and Engineering,

252 – 271

Hosseini et al. [2016]. Efficient gas barrier properties of multi-layer films based on poly(lactic acid) and

fish gelatin, International Journal of Biological Macromolecules 92, 1205 – 1214

Priyadarshi & Rhim [2020]. Chitosan-based biodegradable functional films for food packaging

applications, Innovative Food Science & Emerging Technologies 102346.

Robertson [2006]. Food Packaging – Principles and Practice, Taylor and Francis, 47 – 52

Romani et al. [2018]. Effects of pH modification in proteins from fish (Whitemouth croaker) and their

application in food packaging films, Food Hydrocolloids 74, 307 - 314

Theagarajan et al. [2019]. Alginates for Food Packaging Applications, in Ahmed (ed.) Alginates, 207 –

232

Tokiwa et al. [2009]. Biodegradability of plastics, International journal of molecular sciences 10, 9, 3722

– 3742

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English version : see above Version française : voir ci-dessous

Industrieel visafval voor biodegradeerbare kunststoffen

De plastic vervuiling kreeg de laatste jaren veel aandacht, met heel wat weerstand tegen plastic op

initiatief van verschillende actiegroepen. Vlaanderen voerde campagne voor een plasticvrije maand

mei (zie ons vorige artikel “Mei, plasticvrij!”). Naar onze mening moeten de inspanningen vooral

gericht zijn op de reductie van afval.

Het toenemend gebruik van biologisch afbreekbare kunststof is ongetwijfeld een stap in de goede

richting. Bovendien, als biologisch afbreekbare kunststoffen ook biobased zijn, scoort het materiaal

goed op het vlak van duurzaamheid. Biologische afbraak van kunststof hoeft echter niet de enige

oplossing voor het afvalprobleem te zijn. Het afval moet niet per se verdwijnen; het zou heel goed een

grondstof kunnen zijn voor nieuwe materialen en/of voorwerpen.

De termen “biodegradeerbaar” en “bioplastic” zijn verwarrend

Niet alle bioplastics zijn biodegradeerbaar, noch zijn ze beter biologisch afbreekbaar dan traditionele

kunststoffen die zijn gesynthetiseerd uit fossiele brandstof. Volgens Tokiwa et al. [2009] wordt een

kunststof materiaal gedefinieerd als bioplastic wanneer het ofwel biobased, ofwel biodegradeerbaar

is, of beide eigenschappen bezit. Polycaprolacton en polybutyleensuccinaat worden b.v. verkregen uit

petroleum en kunnen toch worden afgebroken door micro-organismen. Polyhydroxybutyraat,

polymelkzuur en zetmeelmengsels worden verkregen uit biomassa of hernieuwbare bronnen en zijn

ook biologisch afbreekbaar. Anderzijds kunnen polyethyleen en nylon 11 worden geproduceerd uit

biomassa en toch zijn ze niet biologisch afbreekbaar.

De term “biobased” betekent dat het materiaal of voorwerp (deels) bestaat uit biomassa. Biobased

verpakkingsmaterialen zijn op basis van hun historische ontwikkeling onderverdeeld in drie soorten

[Robertson 2006]. Materialen van de eerste generatie bestaan uit synthetische polymeren, zoals

polyethyleen, met 5 tot 20 % zetmeel. Materialen van de tweede generatie bestaan uit mengsels van

synthetische polymeren met 40 tot 75 % gegelatineerd zetmeel. Materialen van de derde generatie

zijn volledig biobased en biologisch afbreekbaar [Haugaard & Mortensen 2003]. Deze materialen van

de derde generatie worden volgens hun productiemethode in drie hoofdcategorieën onderverdeeld:

(1) polymeren die rechtstreeks uit plantaardige of dierlijke biomassa worden gewonnen, zoals zetmeel,

cellulose, alginaat en chitine; (2) polymeren die werden gesynthetiseerd uit monomeren die afkomstig

zijn van biomassa, zoals polymelkzuur; en (3) polymeren zoals de polyhydroxyalkanoaten, die worden

geproduceerd door natuurlijke of genetisch gemodificeerde micro-organismen.

Biodegradatie is een natuurlijk proces. Het zet organische verbindingen uit het milieu om in

eenvoudigere verbindingen, deze worden gemineraliseerd en verspreid via de koolstof-, stikstof- en

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zwavelcycli [Hodzic 2004]. Biologische afbraak kan alleen plaatsvinden wanneer micro-organismen een

centrale rol spelen in het proces. Er zijn vier biologische afbraakmilieus voor polymeren en kunststof

producten: aarde, aquatische systemen, stortplaatsen en compost. In iedere omgeving zitten

verschillende micro-organismen en heersen verschillende afbraakcondities. Micro-organismen breken

organische materialen af met behulp van hun enzymsysteem. Biologische afbraak gebeurt op twee

verschillende manieren: hydrobiologische afbraak of hydrolyse gevolgd door oxidatie en oxo-

biodegradatie. Deze wordt gedefinieerd als afbraak ten gevolge van oxidatieve en celgemedieerde

processen, die tegelijkertijd of na elkaar optreden [Hann et al. 2016]. Het eerste is veel belangrijker

voor hydrofiele natuurlijke polymeren zoals cellulose, zetmeel en polyesters, terwijl het laatste van

overwegend belang is voor andere natuurlijke polymeren, zoals rubber en lignine.

Biobased is niet hetzelfde als biodegradeerbaar! Biodegradatie is niet afhankelijk van de grondstof van

het materiaal, maar houdt eerder verband met de chemische structuur ervan. Met andere woorden,

100 % biobased kunststoffen zijn mogelijk niet biologisch afbreekbaar en anderzijds kunnen

kunststoffen die helemaal zijn afgeleid van fossiele brandstof wel degelijk biologisch afbreekbaar zijn.

Met betrekking tot de niet-biobased, oxo-biodegradeerbare kunststoffen − zoals hoge dichtheid

polyethyleen, dat vaak voor draagtassen worden gebruikt − zijn er aanwijzingen dat bacteriën er zich

op voeden als hun molecuulgewicht laag genoeg is. Nu stelt zich de vraag of dit in de praktijk gebeurt

en relatief snel gebeurt.

Marina Tex won de internationale James Dyson prijs

“This university student created a plastic alternative out of fish waste (Deze universiteitsstudente

ontwikkelde een alternatief voor kunststof op basis van visafval)” is de opvallende titel van een recente

publicatie van het World Economic Forum [https://www.weforum.org/agenda/2019/11/tipping-the-

scales-briton-develops-fish-waste-plastic/?fbclid=IwAR0sff2hns04io7RsqWdbjg1V7Md2NEP13uU-

QKS-Xb-c-NiDfmUuPz4U2]. Lucy Hughes, een 23-jarige studente aan de universiteit van Sussex,

ontwikkelde Marina Tex in het kader van haar laatste jaar project in product design. Ze hoopt dat het

ooit veel kunststof voor eenmalig gebruik zal vervangen. Het voornaamste bestanddeel zijn de

bijproducten van de visserij. Het is ook eetbaar en, zo zegt ze, bedoeld als alternatief voor kunststof

dat typisch wordt gebruikt in bakkerijzakken, sandwichpakketten en zakdoekdoosjes.

Haar onderzoek leverde haar dit jaar de internationale James Dyson-prijs op, gefinancierd door de

gelijknamige Britse uitvinder wiens stofzuiger zonder zak ook zijn naam draagt. Ze is van plan het

prijzengeld van 32000 pond te gebruiken om het product verder te ontwikkelen en een strategie voor

massaproductie uit te bouwen.

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De rijkdom van de zee beperkt zich niet tot voeding

Van de eerste categorie biopolymeren, zoals alginaat, carrageen, pectine, cellulose, gellangom, enz.,

is er vooral veel vraag naar alginaten. Dat zijn de natuurlijke, hydrofiele polysaccharide biopolymeren,

die geëxtraheerd worden uit mariene bruine algen (Phaeophyceae sp.). Ze hebben goede

filmvormende eigenschappen. Ze houden vocht vast, verminderen de krimp en verbeteren de

sensoriële kenmerken van voedingsmiddelen. Bovendien kunnen alginaatcoatings het aantal microben

verlagen en het ontstaan van een onaangename smaak door oxidatie vertragen [Theagarajan et al.

2019]. Er is ook helemaal geen gebrek aan bruine algen in de oceaan!

Maar niet alleen de plantaardige biopolymeren spelen een belangrijke rol; ook de dierlijke

biopolymeren bieden veel mogelijkheden. Veel onderzoeksteams richtten zich op de ontwikkeling van

biologisch afbreekbare verpakkingen met viseiwitten als grondstof. Eiwitten worden vaak gebruikt

vanwege hun relatieve overvloed, voedingskwaliteit en functionele eigenschappen, waaronder hun

filmvormend vermogen. Met name eiwitten van vis kunnen door de aanwezigheid van myosine hechte

en continue matrices vormen tijdens de verdampingsfase van het filmvormingsproces. Het is het meest

voorkomende eiwit van myofibrillen (60 tot 70 % van de proteïnen in spierweefsel) en het is

verantwoordelijk voor hun functionele eigenschappen, zoals gelering [Romani et al. 2018]. Recente

studies tonen aan dat biologisch afbreekbare films van myofibrillaire en gelatine-eiwitten uit afval van

vis interessante mechanische en barrière-eigenschappen hebben voor gebruik in de voedingsindustrie.

De beste toepasbaarheid werd evenwel bereikt door olie en/of weekmakers aan de formulering toe te

voegen [Araújo et al. 2018; Da Silva E Silva et al. 2018]. Het vermengen van twee of meer polymeren

bleek ook efficiënt bij het zoeken naar films met superieure technologische eigenschappen, zoals een

lage waterdampdoorlaatbaarheid, en zeer resistente, flexibele, transparante en bioactieve films

[Abdelhedi et al. 2018]. Er werden b.v. milieuvriendelijke films met een lage zuurstof- en

waterdampdoorlaatbaarheid geproduceerd door visgelatine en polymelkzuur te mengen [Hosseini et

al. 2016].

Aan de andere kant is het duo chitine-chitosan een koploper van dierlijke polysachariden. Chitine is

het structuurmateriaal van schaaldieren, insecten en schimmels en is een zeer overvloedig

biopolymeer op aarde. Chitosan, een gedeacetyleerd derivaat van chitine, is een functioneel veelzijdig

biopolymeer vanwege de aanwezigheid van aminogroepen, die verantwoordelijk zijn voor de

verschillende eigenschappen van het polymeer. Hoewel het meerdere verschillende industriële

toepassingen heeft, is het gebruik ervan als biologisch afbreekbaar, antimicrobieel

voedselverpakkingsmateriaal het meest belangrijk. Heel wat onderzoek spitst zich tot op flexibele

voedselverpakkingen en eetbare voedselcoatings van chitosan [Priyadarshi & Rhim 2020]. Er zijn al

verschillende strategieën gebruikt om de eigenschappen van chitosan te verbeteren: met weekmakers

en crosslinkers, door het polymeer in te bedden in vulstoffen zoals nanodeeltjes en vezels, en het te

mengen met natuurlijke extracten, etherische oliën en andere natuurlijke en synthetische polymeren.

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Dit is een zeer belangrijke stap voorwaarts

Alternatieven voor kunststoffen (voedsel)verpakkingen op basis van fossiele brandstoffen zijn

uitermate dringend. Voedselcontainers en verpakkingen − waarvan de meeste zijn gemaakt van

synthetische polymeren − vormen een groot deel van de vaste afvalstroom die onze stortplaatsen en

onze oceanen verstopt. Macro- en microplastics doden veel leven in zee. Bovendien kunnen de

chemische ingrediënten van plastic worden opgenomen door vissen en uiteindelijk door mensen, die

de vis eten. En net als de benzine die we in onze auto's stoppen, is synthetisch plastic allesbehalve

duurzaam.

De kwaliteit van consumptiegoederen wordt vaak geassocieerd met vernieuwing, niet met zorgdragen.

Langdurig gebruik is maar al te vaak ongewenst, weinig vindingrijk. Toch doen mensen te vaak aan

vervaardig, gebruik en werp weg. Maar er is een alternatief. De circulaire economie heeft tot doel

goederen, die aan het einde van hun leven zijn, evenals afval om te zetten in grondstoffen voor andere

goederen, de kringlopen van industriële systemen te sluiten en afval tot een minimum te beperken.

Deze aanpak kan de huidige economische logica veranderen omdat het de productie vervangt door

toereikendheid [Stahel 2016].

Verpakken met afval van vis of garnalen is een geweldig idee! Het verpakken van ons voedsel, onze

lunchsandwich, taart of cake in materialen die gemaakt zijn van “afgedankt” materiaal uit de

verwerking is een krachtig voorbeeld van de noodzakelijke duurzame aanpak.

Meer weten over bioplastics? IBE-BVI organiseert dit najaar een 2-daagse opleiding rond dit thema.

Programma en data: klik hier

Referenties

Abdelhedi er al. [2018]. Composite bioactive films based on smooth-hound viscera proteins and

gelatin: Physicochemical characterization and antioxidant properties, Food Hydrocolloids 74, 176 - 186

Araújo et al. [2018]. Optimizing process parameters to obtain a bioplastic using proteins from fish

byproducts through the response surface methodology, Food Packaging and Shelf Life 16, 23 – 30

Da Silva E Silva et al. [2018]. Development and optimization of biodegradable fish gelatin composite

film added with buriti oil, CYTA: Journal of Food 16, 1, 340 - 349

Hann et al. [2016]. The Impact of the Use of “Oxo-degradable” Plastic on the Environment, Final Report

for the European Commission DG Environment. Project conducted under Framework Contract No

ENV.A.2/FRA/2015/0008, pp. 150

Haugaard & Mortensen [2003]. Biobased food packaging, in Mattson & Sonneson (eds.)

Environmentally-friendly food processing, CRC Press, Woodhead Publishing Limited, 180 – 204

9

Hodzic [2004]. 12 - Re-use, recycling and degradation of composites, in Green Composites, Polymer

Composites and the Environment, Woodhead Publishing Series in Composites Science and Engineering,

252 – 271

Hosseini et al. [2016]. Efficient gas barrier properties of multi-layer films based on poly(lactic acid) and

fish gelatin, International Journal of Biological Macromolecules 92, 1205 – 1214

Priyadarshi & Rhim [2020]. Chitosan-based biodegradable functional films for food packaging

applications, Innovative Food Science & Emerging Technologies 102346.

Robertson [2006]. Food Packaging – Principles and Practice, Taylor and Francis, 47 – 52

Romani et al. [2018]. Effects of pH modification in proteins from fish (Whitemouth croaker) and their

application in food packaging films, Food Hydrocolloids 74, 307 - 314

Theagarajan et al. [2019]. Alginates for Food Packaging Applications, in Ahmed (ed.) Alginates, 207 –

232

Tokiwa et al. [2009]. Biodegradability of plastics, International journal of molecular sciences 10, 9, 3722

– 3742

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English version : see above Nederlandstalige versie: zie hierboven

Des sous-produits de l'industrie de la pêche pour les plastiques biodégradables

La pollution par le plastique a souvent retenu l'attention ces dernières années, avec pas mal de

résistance au plastique lancée par plusieurs groupes d'action. La Flandre faisait campagne pour un

mois de mai sans plastique (voir notre précédent article « Un mois de mai sans plastique ! »). À notre

avis, les efforts devraient se concentrer essentiellement sur la réduction des déchets plastiques.

L'utilisation croissante de plastiques biodégradables est sans aucun doute un pas dans la bonne

direction. De plus, lorsque les plastiques biodégradables sont également biosourcés, le matériau

obtient de bons résultats en termes de durabilité. Cependant, la biodégradation des plastiques ne doit

pas être la seule solution au problème des déchets. Il ne faut pas nécessairement faire disparaître les

déchets, ils pourraient bien être une matière première pour de nouveaux matériaux et/ou objets.

Les termes « biodégradable » et « bioplastique » prêtent à confusion

Tous les bioplastiques ne sont pas biodégradables et ils ne dégradent pas nécessairement mieux que

les plastiques traditionnels, dérivés de combustibles fossiles. Selon Tokiwa et al. [2009], un matériau

plastique est défini comme un bioplastique s'il est biosourcé, biodégradable ou présente les deux

propriétés. Par exemple, la polycaprolactone et le poly (butylène succinate) sont produits à partir de

pétrole ; pourtant, ils peuvent être dégradés par des micro-organismes. Le poly-β-hydroxybutyrate,

l´acide polylactique et les mélanges d'amidon sont obtenus à partir de biomasse ou de ressources

renouvelables et sont également biodégradables. En revanche, bien que le polyéthylène et le Nylon 11

puissent être produits à partir de biomasse, ils ne sont pas biodégradables.

Le terme « biosourcé » signifie que le matériau ou le produit est (en partie) dérivé de biomasse. Les

matériaux d'emballage d'origine biologique ont été divisés en trois types, reflétant leur évolution

historique [Robertson 2006]. Les matériaux de première génération sont constitués de polymères

synthétiques, p.ex. le polyéthylène avec 5 à 20 % d'amidon. Les matériaux de deuxième génération

comprennent des mélanges de polymères synthétiques avec 40 à 75 % d'amidon gélatinisé. Les

matériaux de troisième génération sont des matériaux entièrement biosourcés et biodégradables

[Haugaard & Mortensen 2003]. Ces matériaux de troisième génération peuvent être classés en trois

grandes catégories selon leur mode de production : (1) les polymères directement extraits de la

biomasse végétale ou animale comme l'amidon, la cellulose, l'alginate ou la chitine ; (2) les polymères

synthétisés à partir de monomères de biomasse dont les polylactides sont des exemples connus ; et

(3) des polymères tels que les polyhydroxyalcanoates qui sont produits par des micro-organismes

naturels ou génétiquement modifiés.

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La biodégradation est un processus naturel ; il convertit les substances organiques de l'environnement

en composés plus simples, les minéralise et redistribue par les cycles élémentaires du carbone, de

l'azote et du soufre [Hodzic 2004]. La biodégradation ne peut se produire que lorsque les micro-

organismes jouent un rôle central. Les quatre environnements de biodégradation pour les polymères

et les produits en plastique sont le sol, les systèmes aquatiques, les décharges et le compost. Chaque

environnement est caractérisé par des micro-organismes et des conditions de dégradation différents.

Les micro-organismes biodégradent les matières organiques en utilisant leur appareil enzymatique. La

biodégradation peut se produire par deux mécanismes différents : l'hydro-biodégradation ou

l'hydrolyse suivie par l'oxydation ainsi que l'oxo-biodégradation, qui est définie comme la dégradation

résultant de phénomènes oxydatifs et à médiation cellulaire, simultanément ou successivement [Hann

et al. 2016]. Le premier mécanisme est beaucoup plus important dans le cas des polymères naturels

hydrophiles, p.ex. la cellulose, l'amidon et les polyesters, tandis que le second prédomine dans le cas

d'autres polymères naturels comme le caoutchouc et la lignine.

Biosourcé n'équivaut pas à biodégradable ! La biodégradation ne dépend pas de la matière première

du matériau mais est plutôt liée à sa structure chimique. En d'autres termes, les plastiques 100 %

biosourcés peuvent être non biodégradables et, d'autre part, les plastiques 100 % fossiles peuvent être

biodégradables. En ce qui concerne les plastiques oxo-biodégradables non biosourcés, tels que le

polyéthylène haute densité, couramment utilisé dans les sacs de transport, il existe des preuves

suggérant que les bactéries peuvent s'en nourrir si leur poids moléculaire est suffisamment faible. La

question est de savoir si cela se produit réellement dans la pratique et se produit relativement

rapidement.

Marina Tex a remporté le prix international James Dyson

« This university student created a plastic alternative out of fish waste (Cette étudiante a créé une

alternative pour le plastique à partir de déchets de poisson » est le titre impressionnant d´une

publication du World Economic Forum [https://www.weforum.org/agenda/2019/11/tipping-the-

scales-briton-develops-fish-waste-

plastic/?fbclid=IwAR0sff2hns04io7RsqWdbjg1V7Md2NEP13uUQKSXb-c-NiDfmUuPz4U2]. Lucy

Hughes, une étudiante de 23 ans de l'université de Sussex, a créé Marina Tex pour son projet de

dernière année en design de produits. Elle espère qu'il remplacera un jour beaucoup de plastiques à

usage unique. Son ingrédient principal sont les déchets de l'industrie de la pêche. Il est également

comestible et, dit-elle, destiné à remplacer le plastique généralement utilisé dans les sacs de

boulangerie, les emballages de sandwichs et les boîtes à mouchoirs.

Ses recherches lui ont valu le prix international James Dyson de cette année, financé par l'inventeur

britannique éponyme, dont l'aspirateur sans sac porte également son nom. Elle prévoit d'utiliser les

12

32000 livres de prix pour développer davantage le produit et élaborer une stratégie de production de

masse.

La richesse de la mer ne se limite pas à l´alimentation

Parmi les biopolymères de première catégorie, tels l'alginate, le carraghénane, la pectine, la cellulose,

la gomme gellane, etc… les alginates sont très demandés. Ce sont des biopolymères hydrophiles

naturels de polysaccharides, extraits d'algues brunes marines (Phaeophyceae sp.) et bien connus pour

leurs bonnes propriétés filmogènes. Ils aident à retenir l'humidité, à réduire le rétrécissement et à

améliorer les caractéristiques sensorielles des produits alimentaires. De plus, les revêtements

d'alginate peuvent réduire le nombre de microbes et retarder la mauvaise odeur après oxydation

[Theagarajan et al. 2019]. Et d'ailleurs, les algues brunes ne manquent pas dans l'océan !

Pourtant, non seulement les biopolymères végétaux jouent un rôle important ; les biopolymères

d´origine animale sont également très valables. Beaucoup de chercheurs se sont concentrées sur le

développement d'emballages biodégradables à base des protéines de poisson. Les protéines ont été

fréquemment utilisées en raison de leur abondance relative, de leurs qualités nutritionnelles et de

leurs propriétés fonctionnelles, y compris leur capacité filmogène. En particulier, en raison de la

présence de myosine les protéines de poisson forment des matrices cohésives et continues pendant

la phase de formation d´évaporation. C'est la protéine la plus abondante des myofibrilles (60 à 70 %

des protéines musculaires), et elle est responsable des propriétés fonctionnelles, comme la gélification

[Romani et al. 2018]. Des études récentes montrent que les films biodégradables des protéines

myofibrillaires et de gélatine des déchets de poisson ont des propriétés mécaniques et de barrière

prometteuse pour une utilisation dans l'industrie alimentaire. Cependant, la meilleure applicabilité a

été obtenue en ajoutant à la formulation de l'huile et/ou des plastifiants [Araújo et al. 2018 ; Da Silva

E Silva et al. 2018]. Le mélange de deux ou plusieurs polymères s'est avéré efficace dans la recherche

de films aux propriétés technologiques supérieures, telles qu'une faible perméabilité à la vapeur d'eau

et des films hautement résistants, flexibles, transparents et bioactifs [Abdelhedi et al. 2018]. Par

exemple, des films respectueux de l'environnement à faible perméabilité d´oxygène et de vapeur d'eau

ont été produits en mélangeant la gélatine de poisson et l'acide polylactique [Hosseini et al. 2016].

D'un autre côté, le duo chitine-chitosane est le polysaccharide animal favori. La chitine est le matériau

structurel des crustacés, des insectes et des champignons, et est un biopolymère très abondant sur

terre. Le chitosane, un dérivé désacétylé de la chitine, est un biopolymère fonctionnellement

polyvalent en raison de la présence de groupes amine responsables des diverses propriétés du

polymère. Bien qu'il ait été utilisé pour quelques applications industrielles, son utilisation comme

matériau d'emballage alimentaire antimicrobien biodégradable est devenu prédominante. De

nombreuses recherches sont concentrées sur les emballages alimentaires flexibles à base de chitosane

et les recouvrements alimentaires comestibles [Priyadarshi & Rhim 2020]. Diverses stratégies ont déjà

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été utilisées pour améliorer les propriétés du chitosane : utiliser des plastifiants et des réticulants,

incorporer le polymère avec des charges telles que des nanoparticules et des fibres et mélanger le

polymère avec des extraits naturels, des huiles essentielles et d'autres polymères naturels et

synthétiques.

Il s'agit d'un pas en avant très significatif

Il est urgent de trouver des alternatives pour les emballages (alimentaires) en plastique à base de

combustibles fossiles. Les conteneurs et emballages alimentaires − dont la majorité sont fabriqués à

partir de polymères synthétiques − constituent une grande partie du flux de déchets solides qui

obstrue nos décharges ainsi que nos océans, où le macro- et le microplastique tuent la vie marine. De

plus, les ingrédients chimiques du plastique peuvent être absorbés par les poissons et éventuellement

par les humains qui les mangent. Et comme l'essence que nous mettons dans nos voitures, le plastique

synthétique n´est pas durable.

La qualité des biens de consommation est souvent associée à la nouveauté et non aux soins. Une

utilisation à long terme est trop souvent indésirable, peu ingénieuse. Pourtant, pour les humains c´est

trop souvent fabriquer, utiliser et éliminer. Il existe cependant une alternative. L'économie circulaire

vise à transformer les biens en fin de vie ainsi que les déchets en ressources pour autrui, à boucler les

systèmes industriels et à minimiser les déchets. Cette approche peut changer la logique économique

actuelle car elle remplace production par suffisance [Stahel 2016]

Emballer avec les déchets de poisson ou de crevettes est une merveilleuse idée ! Emballer nos

aliments, notre sandwich pour le déjeuner, notre tarte ou notre gâteau dans des matériaux fabriqués

à partir de déchets de transformation « jetés » est un très bel exemple de l'approche durable

nécessaire.

Références

Abdelhedi er al. [2018]. Composite bioactive films based on smooth-hound viscera proteins and

gelatin: Physicochemical characterization and antioxidant properties, Food Hydrocolloids 74, 176 - 186

Araújo et al. [2018]. Optimizing process parameters to obtain a bioplastic using proteins from fish

byproducts through the response surface methodology, Food Packaging and Shelf Life 16, 23 – 30

Da Silva E Silva et al. [2018]. Development and optimization of biodegradable fish gelatin composite

film added with buriti oil, CYTA: Journal of Food 16, 1, 340 - 349

Hann et al. [2016]. The Impact of the Use of “Oxo-degradable” Plastic on the Environment, Final Report

for the European Commission DG Environment. Project conducted under Framework Contract No

ENV.A.2/FRA/2015/0008, pp. 150

14

Haugaard & Mortensen [2003]. Biobased food packaging, in Mattson & Sonneson (eds.)

Environmentally-friendly food processing, CRC Press, Woodhead Publishing Limited, 180 - 204

Hodzic [2004]. 12 - Re-use, recycling and degradation of composites, in Green Composites, Polymer

Composites and the Environment, Woodhead Publishing Series in Composites Science and Engineering,

252 – 271

Hosseini et al. [2016]. Efficient gas barrier properties of multi-layer films based on poly(lactic acid) and

fish gelatin, International Journal of Biological Macromolecules 92, 1205 – 1214

Priyadarshi & Rhim [2020]. Chitosan-based biodegradable functional films for food packaging

applications, Innovative Food Science & Emerging Technologies 102346.

Robertson [2006]. Food Packaging – Principles and Practice, Taylor and Francis, 47 – 52

Romani et al. [2018]. Effects of pH modification in proteins from fish (Whitemouth croaker) and their

application in food packaging films, Food Hydrocolloids 74, 307 - 314

Theagarajan et al. [2019]. Alginates for Food Packaging Applications, in Ahmed (ed.) Alginates, 207 –

232

Tokiwa et al. [2009]. Biodegradability of plastics, International journal of molecular sciences 10, 9, 3722

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