Forscher kommerzialisieren Technologie zur Umwandlung von Abfall in plastikfreie, biologisch abbaubare Verpackungen

Der Fisch- und Meeresfrüchteanbau ist ein wichtiger Wirtschaftszweig in Neuengland. Er bringt den Küstengemeinden viel Geld ein, doch mit dieser Produktivität geht auch viel Abfall einher.

Derzeit wird dieser Abfall – beispielsweise Krabben- und Hummerschalen – einfach auf Mülldeponien entsorgt, wo er langsam verrottet und Treibhausgase in die Atmosphäre freisetzt.

Forscher in Neuengland haben untersucht, wie dieser Abfall genutzt werden könnte, um der Umwelt zu helfen, anstatt ihr zu schaden.

Mingyu Qiao, Assistenzprofessor für Innovation und Unternehmertum im Fachbereich Ernährungswissenschaften, und Yangchao Luo, außerordentlicher Professor für Ernährungswissenschaften, sind zwei Forscher am College für Landwirtschaft, Gesundheit und natürliche Ressourcen der University of Connecticut, die untersuchen, wie sich aus Meeresfrüchteabfällen und Algen plastikfreie, biologisch abbaubare Verpackungen herstellen lassen.

Sie veröffentlichten kürzlich vier Artikel zu diesem Thema, jeweils einen in den Zeitschriften Lebensmittel Und Lebensmittelhydrokolloideund zwei im Internationale Zeitschrift für biologische Makromoleküle.

„Das ist die Motivation“, sagt Qiao. „Wir suchen nach Möglichkeiten, wie wir die Meeresfrüchteabfälle besser nutzen können, um ein Mehrwertprodukt zu schaffen.“

Auch Kunststoffverpackungen sind eine der größten Abfallquellen weltweit. Einwegkunststoffe gelangen oft in unsere Gewässer und stellen dort eine Gefahr für das Meeresleben dar.

Mikroplastik – also auf eine kaum noch wahrnehmbare Größe zerkleinerte Plastikteile – hat auch Auswirkungen auf den Menschen: Es wurde bereits im menschlichen Gehirn und in den Fortpflanzungsorganen nachgewiesen.

Kunststoffe sind noch auf eine andere Weise schädlich für die menschliche Gesundheit – PFAS. PFAS (Per- und Polyfluoralkylsubstanzen), auch bekannt als „ewige Chemikalien“, sind in Kunststoffen und Kunststoffbeschichtungen auf Papierverpackungen für Lebensmittel enthalten. Sie gelangen in unsere Lebensmittel und wir konsumieren diese schädlichen Chemikalien.

Qiao und Luo suchen nach einer Lösung, die die Verschwendung aus beiden Richtungen bekämpft.

„Jede Art von Meeresfrüchteabfällen hat unterschiedliche (chemische) Bestandteile und kann unterschiedliche Eigenschaften haben, sodass sie für unterschiedliche Anwendungen geeignet sein können“, sagt Qiao. „Die Herausforderung besteht darin, diese Moleküle, ihre Eigenschaften und die beste Verwendung zu identifizieren.“

Natürliche Polymere wie diejenigen, mit denen Qiao und Luo arbeiten, sind sicherer für die Gesundheit von Mensch, Tier und Umwelt. Damit steht diese Arbeit im Einklang mit den Investitionen des Colleges in One-Health-Ansätze.

Diese Polymere enthalten keine synthetischen Chemikalien, die mit einer Reihe von gesundheitsschädlichen Folgen in Verbindung gebracht werden, und sie können im Meer leicht abgebaut werden, da sie dort ihren Ursprung haben.

„Die Natur verfügt bereits über einen Millionen Jahre alten Mechanismus zum biologischen Abbau dieser Polymere“, sagt Qiao.

Luo arbeitet daran, eine in Krabben- und Hummerschalen enthaltene Verbindung durch ein Extraktionsverfahren, bei dem kein giftiger Abfall entsteht, in Verpackungen umzuwandeln.

„Obwohl das Polymer grün ist, ist der Prozess es nicht“, sagt Qiao. „Deshalb entwickeln wir eine sogenannte grüne Bioraffineriemethode mit Mikroorganismen, die Enzyme produzieren, um diese Gewebe abzubauen. Dann können wir die Polymere nachhaltig extrahieren.“

In Zusammenarbeit mit den Technology Commercialization Services (TCS) von UConn haben Luo und Qiao eine strategische Allianz mit einem führenden Hummerverarbeitungsunternehmen in Massachusetts geschmiedet, um dieses innovative umweltfreundliche Extraktionsverfahren für Meeresfrüchteabfälle umzusetzen.

Gemeinsam streben sie ein Small Business Technology Transfer (STTR)-Stipendium an, um die Entwicklung und Kommerzialisierung dieser bahnbrechenden Technologie zu beschleunigen.

Amit Kumar, leitender Direktor für Lizenzierung bei UConn, sagt: „Die Meeresfrüchteverarbeitungsindustrie produziert wertvolle Abfälle, die reich an Bestandteilen wie Chitin und Alginat sind, die ein erhebliches Potenzial für vielfältige Anwendungen haben, von der Lebensmittel- und Medizintechnologie bis hin zu nachhaltigen Verpackungsalternativen.“

„Ziel dieser Projekte ist es, diese Materialien zu nutzen, um durch den Ersatz erdölbasierter Materialien wirkungsvolle und umweltfreundliche Lösungen in verschiedenen Branchen zu schaffen.“

Qiao verwendet Alginat, eine in Algen vorkommende Verbindung, als essbare Beschichtung für Lebensmittel. Er untersucht, wie das Besprühen von Lebensmitteln wie Erdbeeren mit einer Alginatbeschichtung deren Haltbarkeit verlängern kann, ohne dass Plastikverpackungen erforderlich sind.

Alginat ist für diese Anwendung eine attraktive Option, da es vollkommen essbar und kalorienfrei ist und kein häufiges Allergen darstellt, was bei Polymeren auf Meeresfrüchtebasis ein Problem darstellt.

Die Forscher arbeiten außerdem mit örtlichen Meeresalgenbauern zusammen und unterstützen sie bei der Kommerzialisierung dieser Technologie.

Anuj Purohit, ein Postdoktorand in Qiaos Labor, hat ein Unternehmen namens Atlantic Sea Solutions gegründet, um diese Technologie zu entwickeln und zu kommerzialisieren.

Das Unternehmen wurde ausgewählt, um im Sommer Finanzmittel vom Connecticut Center for Entrepreneurship and Innovation (CCEI) zu erhalten. Atlantic Sea Solutions wurde als eines von fünf Teams ausgewählt, um im Oktober am Wolff New Venture Competition der School of Business teilzunehmen.

„Diese Forschung bleibt nicht auf dem Papier“, sagt Qiao. „Es besteht derzeit kommerzielles Interesse.“

Qiao und Luo haben drei Erfindungen offengelegt und in diesem Bereich zwei vorläufige Patente angemeldet.

Weitere Informationen:
Zhijing Zhan et al, Valorisierung von Meeresfrüchteabfällen für die Entwicklung von Lebensmittelverpackungen, Lebensmittel (2024). DOI: 10.3390/foods13132122

Yi Wang et al., Ultraschallbasierte Herstellung von Roh-Chitin-Nanofasern und Bewertung ihrer verstärkenden Wirkung auf Chitosanfilme zur Funktionalisierung mit Curcumin, Lebensmittelhydrokolloide (2024). DOI: 10.1016/j.foodhyd.2024.110193

Honglin Zhu et al., Vergleichende Effizienz verschiedener polyolbasierter tief eutektischer Lösungsmittel zur Chitinextraktion aus Hummerschalen, Internationale Zeitschrift für biologische Makromoleküle (2024). DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2024.134425

Yi Wang et al., Ternäre, tief eutektische Lösungsmittel auf Basis von Glycerin und organischer Säure als umweltfreundlicher Ansatz zur Rückgewinnung von Chitin mit unterschiedlichem Molekulargewicht aus Meeresfrüchteabfällen, Internationale Zeitschrift für biologische Makromoleküle (2023). DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2023.128714

Zur Verfügung gestellt von der University of Connecticut

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