Projet H2020 BIOSMART : Emballages intelligents biosourcés pour une meilleure conservation des aliments
- Taper Projet
- Statut Rempli
- Exécution 2017 -2021
- Budget alloué 4.950.560,00 €
- Portée Europeo
- Communauté autonome Comunitat Valenciana; País Vasco
- Principale source de financement Horizon 2020
- Site Web du projet https://biosmart-project.eu/
La question des emballages durables est plus cruciale que jamais. L'utilisation excessive de plastique et de matériaux non recyclables a entraîné une dégradation de l'environnement et une crise croissante des déchets. Dans ce contexte, le projet BIOSMART, financé par l'UE, vise à développer des emballages biosourcés et compostables répondant aux exigences spécifiques des applications alimentaires fraîches et prétraitées. En intégrant des technologies de pointe, BIOSMART créera des systèmes d'emballage dotés de fonctionnalités actives et intelligentes améliorées, telles que l'allègement, la réduction du gaspillage alimentaire, le suivi de la durée de conservation et la simplification de la gestion des déchets pour les consommateurs. Plus précisément, le projet se concentrera sur l'intégration ciblée de plusieurs éléments de pointe dans des emballages plastiques souples multicouches biosourcés.
Ces éléments comprennent des surfaces superhydrophobes, des matériaux à changement de phase microencapsulés, des revêtements barrières, des capteurs, ainsi que des composants antimicrobiens et antioxydants bioactifs. L'avancée du projet BIOSMART, qui dépasse les limites de l'état de l'art, vise à démontrer la mise en œuvre réussie d'emballages et de capteurs de surveillance non fossiles sur le marché de l'emballage alimentaire. Des avantages pour un marché plus large
- Accès ouvert aux produits, à la technologie d’emballage et aux emballages fonctionnalisés pour encourager une mise en œuvre plus rapide et une acceptation par le marché.
- Sécurité accrue des produits pour les consommateurs grâce aux emballages biosourcés, grâce à la possibilité de surveiller la durée de conservation des aliments.
- Le partage des connaissances facilité par la technologie des applications permet une sélection personnalisée de conceptions d'emballages biosourcés.
- Le package BIOSMART peut être appliqué à d’autres secteurs/catégories et segments de marché tels que les produits pharmaceutiques, les cosmétiques, l’électronique, etc.
- Les détaillants peuvent réduire le gaspillage alimentaire en contrôlant la durée de conservation des aliments. Avantages sociétaux plus larges : la réduction du gaspillage alimentaire est un enjeu majeur pour la société. La sécurité des emballages plastiques est une préoccupation majeure pour les consommateurs, et le recyclage des produits post-consommation représente un coût important pour la société.
- Réduisez la quantité de conservateurs alimentaires en plaçant les ingrédients actifs dans l’emballage.
- Outil de conception d'emballage basé sur la simulation pour prédire les propriétés barrières des emballages biosourcés
- Réduire le gaspillage alimentaire des citoyens avec un impact élevé sur les économies de coûts et les défis environnementaux
Principales réalisations : Développement d'emballages biosourcés intelligents, actifs et fonctionnels répondant aux exigences d'un segment spécifique du marché alimentaire. Diverses fonctionnalités intelligentes (capteurs, revêtements barrières, solutions antimicrobiennes et antifongiques) ont été intégrées à des barquettes compostables biosourcées scellées sous atmosphère modifiée pour le poisson, le jambon et le fromage, afin de surveiller la durée de conservation des aliments.
De plus, les emballages laminés papier/plastique ont été développés grâce à l'utilisation de revêtements barrières et de capteurs. Les technologies fonctionnelles actives et intelligentes ont été déployées pour le prototypage à l'échelle pilote. La productivité de fabrication des lipopeptides antimicrobiens et antifongiques a été multipliée par 40, réduisant ainsi le prix par 50. Des ingrédients actifs ont été liés à des films de polylactide (PLA) biosourcé et introduits comme siccatifs dans l'emballage. Des revêtements barrières biodégradables à l'oxygène et à l'eau ont été développés pour protéger les films PLA. Des capteurs intelligents ont également été développés pour détecter les concentrations d'oxygène et d'amines et appliqués sur la face interne du film supérieur afin de surveiller la durée de conservation des aliments. L'amélioration des propriétés mécaniques des films de polylactide (PLA) a été obtenue grâce à des composites de nanoargile par des procédés d'extrusion coulée à l'échelle pilote, augmentant le module de Young jusqu'à 25 % et l'allongement à la rupture jusqu'à 36 %. Les propriétés de barrière ont également été améliorées par rapport au PLA, réduisant le taux de transmission d'oxygène (OTR) jusqu'à 25 % et le taux de transmission de vapeur d'eau (WVTR) jusqu'à 30 %.
Innovations dans les emballages en papier Un film flexible biodégradable (PLA avec nanoargiles enduites d'un nanocomposite biodégradable) a été laminé avec de la cellulose, appliquant des capteurs aux fenêtres transparentes. La recyclabilité du laminé papier/PLA et du laminé papier/PE a été comparée, le laminé papier cellulose/PLA étant plus efficace. Le laminé cellulose/PLA réduit l'impact environnemental de 40 % par rapport au laminé cellulose/polyéthylène (PE). Suivi de la durée de conservation des aliments Des technologies actives et intelligentes ont été appliquées à des démonstrateurs d'emballages alimentaires (poisson, jambon et fromage), notamment des ingrédients actifs antimicrobiens ou antifongiques liés à des films PLA à l'aide de plasma, de revêtements barrières et de capteurs d'oxygène, de dioxyde de carbone et/ou d'amines. Des atmosphères modifiées ont été utilisées pour prolonger la durée de conservation. Des capteurs ont été appliqués pour permettre un contrôle à 100 % de la composition du gaz protecteur et surveiller la durée de conservation de l'emballage. L'impact environnemental global de la chaîne de valeur a été étudié, y compris la sélection de nouveaux matériaux.
Les émissions de carbone ont été réduites de 19 % grâce à l'utilisation de plastiques biosourcés par rapport aux plastiques fossiles. L'empreinte environnementale du gaspillage alimentaire est bien supérieure à celle des bioplastiques. Développement de protocoles et contribution à la normalisation. Le protocole standard d'évaluation des propriétés antimicrobiennes des principes actifs a été amélioré afin de mieux évaluer ces propriétés lors des différentes étapes d'analyse.
Des protocoles innovants ont également été utilisés pour évaluer les préférences des consommateurs, les sensations sensorielles et les paramètres microbiologiques pendant la dégradation des aliments. Une application a été développée pour calculer les propriétés barrières lors de la conception de l'emballage. Les activités de communication et de diffusion sont décrites sur le site web du projet : https://biosmart-project.eu . Le procédé d'emballage alimentaire par capteur d'oxygène, 100 % sûr et durable, a reçu le label « Solution efficace ! » de Solar Impulse. Les PLA contenant des nanoargiles ont été brevetés avant le projet Biosmart. Au cours du projet, les propriétés mécaniques et barrières ont été améliorées, ce qui a permis d'obtenir le label « Approbation alimentaire ».
Les emballages alimentaires actuels sont généralement légers et répondent à des exigences de performance hautement personnalisées. Cependant, ils sont composés de plusieurs couches de plastique différentes, souvent en aluminium. Ces emballages sont difficiles à recycler en composants individuels, ne résolvent pas les problèmes de résidus alimentaires et ne garantissent pas la date de péremption des aliments. Ce défi est relevé par le développement d'un emballage hautement simplifié et entièrement compostable, doté de propriétés mécaniques et de barrière améliorées par rapport aux emballages biosourcés de référence, de surfaces non collantes et de véritables capteurs de date de péremption. Ce nouvel emballage est suffisamment performant pour diverses applications alimentaires ; l'emballage est entièrement bio-organique, facilitant ainsi la collecte, le compostage et le recyclage.
Les objectifs du projet BIOSMART sont de développer des emballages intelligents biosourcés, compostables ou recyclables répondant aux besoins des applications alimentaires fraîches et prétraitées. De plus, ce nouveau système d'emballage permettra d'adapter les performances et les fonctionnalités d'emballages alimentaires souples et rigides spécifiques à différents segments de marché. Une approche écosystémique holistique est adoptée, proposant des solutions améliorant les performances et les coûts pour la chaîne de valeur, facilitant ainsi leur mise en œuvre et leur commercialisation à grande échelle. Les principaux atouts des emballages d'aujourd'hui et de demain (entièrement biosourcés et compostables) sont des fonctionnalités actives et intelligentes améliorées permettant : la légèreté, la réduction du gaspillage alimentaire, le contrôle et l'allongement de la durée de conservation, et une gestion simplifiée des déchets par les consommateurs, le tout à un coût compétitif pour le marché actuel.
Le projet BIOSMART propose donc une approche visant à intégrer sélectivement des surfaces superhydrophobes, des matériaux à changement de phase microencapsulés, des revêtements barrières, des capteurs et de nouveaux composés antimicrobiens et antioxydants bioactifs dans des emballages biosourcés. Le projet Biosmart a développé des emballages biosourcés renforcés de nanoargile, intégrant des actifs antimicrobiens ou antifongiques appliqués par plasma et des revêtements barrières innovants. Ces emballages intelligents biosourcés sont surveillés par des capteurs afin de contrôler la durée de conservation des aliments et de réduire les déchets lors de la production (par le contrôle qualité) et pendant le stockage en supermarché.
Le projet BIOSMART vise à développer des emballages actifs, intelligents et biocompostables répondant aux besoins des applications alimentaires fraîches et prétraitées. De plus, ce système d'emballage innovant permettra d'adapter les performances et les fonctionnalités d'emballages alimentaires souples et rigides spécifiques à différents segments de marché. Une approche écosystémique globale est adoptée, proposant des solutions améliorant les performances et la rentabilité de la chaîne de valeur, facilitant ainsi leur mise en œuvre et leur commercialisation à grande échelle.
Les principaux aspects qui différencient les emballages actuels des futurs emballages biocompostables sont leurs fonctionnalités actives et intelligentes améliorées, qui permettent : un emballage léger, une réduction du gaspillage alimentaire, un suivi et une prolongation de la durée de conservation, et une gestion simplifiée des déchets de consommation, le tout à un coût compétitif pour l'opérateur. Le projet BIOSMART propose donc une approche d'intégration sélective de surfaces superhydrophobes, de matériaux à changement de phase microencapsulés, de revêtements barrières, de capteurs et de nouveaux antimicrobiens et antioxydants bioactifs dans des emballages plastiques souples multicouches biocompostables. Trois systèmes d'emballage génériques présentant des exigences de performance spécifiques, définies par les matériaux actuels (par exemple, sachets, terrines et barquettes en carton/film mince), sont sélectionnés.
Les analyses du cycle de vie correspondantes pour les différents scénarios possibles incluent la faisabilité économique. Enfin, ces connaissances consolidées sont intégrées à une application de simulation pour le choix des matériaux et la performance des emballages, en optimisant toutes les variables possibles afin d'atteindre les indicateurs clés de performance (ICP) sélectionnés.
En Europe, quelque 88 millions de tonnes(Ouvre dans une nouvelle fenêtre) de nourriture sont gaspillées chaque année, soit l'équivalent de 20 % de la production alimentaire totale. Ce défi environnemental est aggravé par la difficulté de recyclage des emballages alimentaires actuels. « Les emballages alimentaires sont généralement légers et composés de plusieurs plastiques et d'aluminium », explique Amaya Igartua, coordinatrice du projet BIOINTELLIGENTE(Ouvre dans une nouvelle fenêtre) de Tekniker(Ouvre dans une nouvelle fenêtre) Espagne. « Ces couches peuvent être difficiles à séparer et à recycler individuellement. »
Par conséquent, les emballages alimentaires ont été identifiés comme l'une des plus grandes sources de déchets à l'échelle mondiale. Des études ont estimé qu'un tiers du plastique jeté, par exemple, finit dans le sol ou dans les eaux douces. D'autres matériaux d'emballage, comme les encres et les colorants, peuvent également se retrouver dans l'environnement. Emballages entièrement compostables. Le projet BIOSMART a cherché à relever ce défi en développant des matériaux d'emballage biosourcés pour de futures applications alimentaires. L'objectif était de développer des matériaux facilement compostables et offrant des performances identiques, voire supérieures, à celles des plastiques conventionnels. Le projet a reçu un financement de l'entreprise commune Bio-Based Industries, un partenariat public-privé entre l'UE et l'industrie. « Notre objectif était de développer des emballages entièrement compostables avec des nanocomposites (ouvre dans une nouvelle fenêtre), des revêtements barrières, des surfaces non collantes et des capteurs capables de communiquer avec précision la date limite de consommation du produit », explique Igartua.
« Cet emballage peut être adapté aux besoins spécifiques de différents segments de marché. » L'équipe du projet a commencé par identifier les polymères biosourcés adaptés à la production d'emballages multi-matériaux que l'on retrouve habituellement dans les rayons des supermarchés. Il pourrait s'agir, par exemple, de sacs pour le fromage ou de barquettes en carton/film mince pour le jambon. Des analyses du cycle de vie et des analyses de faisabilité économique ont ensuite été réalisées afin de garantir la viabilité commerciale de tous les prototypes d'emballage. Ces objectifs ont été atteints grâce à l'étroite collaboration de trois universités, trois instituts de recherche, trois PME et deux grandes entreprises. « L'ensemble de la chaîne de valeur de l'emballage alimentaire était également représenté par la participation d'un comité consultatif », précise Igartua. « Ce comité comprenait un fabricant de résine, un propriétaire de marque et un distributeur. » Solutions alimentaires intelligentes Plusieurs innovations en matière d'emballage alimentaire ont été développées avec succès, notamment un stratifié à base de papier, une barquette thermoformée biosourcée scellée avec un film supérieur pour le conditionnement sous atmosphère protectrice (MAP), des revêtements bioactifs et barrières pour préserver la fraîcheur des aliments, et des capteurs intelligents.
Tous les matériaux biosourcés développés par le projet peuvent être co-compostés avec les déchets alimentaires après utilisation, ce qui pourrait entraîner une réduction significative des déchets. Alternativement, les aliments et les emballages pourraient être transformés en biogaz pour produire de l'énergie et de la chaleur. Une innovation intéressante réside dans les capteurs de surveillance capables de détecter les variations des niveaux d'oxygène, d'amines et de dioxyde de carbone. Appliqués aux MAP, ils pourraient aider les consommateurs et les distributeurs à savoir avec certitude si les aliments qu'ils contiennent sont avariés, plutôt que de devoir se fier à une date limite de consommation arbitraire. « À l'avenir, les distributeurs et même les consommateurs pourront surveiller plus précisément la dégradation des aliments », ajoute Igartua. « Cela contribuera à réduire le gaspillage alimentaire inutile. » Autorité européenne de sécurité des aliments (ouvre une nouvelle fenêtre)
L'approbation pour cette innovation a été obtenue. L'équipe du projet a également développé un outil d'application web destiné à l'industrie. Celui-ci aidera les fabricants à sélectionner le matériau biosourcé le plus adapté à leurs besoins en matière de performance et de fonctionnalité d'emballage. Les prochaines étapes comprennent l'augmentation des capacités de production pour commercialiser ces solutions d'emballage biosourcées. « Un autre défi important pour l'avenir est le développement de revêtements barrières biosourcés résistants à l'humidité », déclare Igartua.
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