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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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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
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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
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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