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2022年7月31日

持続可能な食品表面コーティング技術: エビからナノパーティクルまで活用する

#タンパク質#ナノテクノロジー#バイオ素材#持続可能性#農業#食品廃棄物（残渣）#食糧#食糧安全保障

【概要】

国連は、全食品の30%が廃棄されていると推定しており、これは環境と経済に大きな負担を与えている。生鮮食品に目に見えない食品コーティングを施すことで、食品の保存期間を延ばし、機械的、化学的、生物学的ダメージから保護することができ、食品廃棄物の削減に大きく貢献する。食品コーティング剤の第一世代は、パラフィンや天然ワックスなどのワックスでした。消費者の健康に害を与えることは知られていませんが、ワックスは環境に大きな影響を及ぼします。

持続可能性のニーズの高まりに後押しされ、食品コーティングの新しい技術革新は、デンプンなどの従来のソリューションから、バイオポリマー（合成または食品廃棄物由来）の製造やナノテクノロジーに至るまで、多岐にわたっています。商業的なイノベーションの大半は米国で、水産廃棄物を利用してバイオポリマーコーティングを製造するTidal Vision社や、ナノテクノロジーを利用して粘土粒子からNatuwrapを製造するNabaco社などの企業が手掛けています。アジアと南米における食品市場のシェア拡大は、チリのPolyNatural社やイスラエルのSufresca社など、それぞれバイオポリマーと食品添加物をベースにした食品コーティングの革新的な企業の設立に反映されています。

調査によると、これらの商業的ソリューションは、環境、農業、消費者にとって持続可能で有益である可能性があります。しかし、これらの企業は、持続可能で拡張性があり、費用対効果の高いイノベーションを導入したと主張しているが、生産プロセスが依然として独占的であるため、現時点では、これらの企業が広範囲に使用した場合の結果は明らかではない。

【主なハイライト】

●国連は、全食品の30％が廃棄されており、そのコストは年間約2兆7000億ドルに上ると推定しています。埋立地で腐敗する廃棄食品は、全温室効果ガス排出量の約6～8％を占めている。食品を大量に生産するためには、機械的、化学的、生物学的な保護によって保存期間を延ばし、腐敗しにくくする方法を用いる必要があります。

●ワックスは果物や野菜を保存するための伝統的な方法ですが、ワックスの生産は必ずしも持続可能ではありませんし、過去数十年の食品生産の増加により、より高性能なソリューションが必要とされています。

●万能のコーティング剤は存在しない。果物や野菜の種類によって化学的性質が異なるため、さまざまなタイプの保護が必要です。

●研究環境では、天然または合成のワックスから、生物由来のポリマー（セルロース、リグニン、キトサン、デンプン）、半合成のナノ粒子まで、さまざまな素材がテストされています。

●いくつかの企業は、持続可能なソリューションを導入しようとしています。

・タイダル・ビジョン社は、魚介類の廃棄物から食用塗料を製造しています。

・ナチュラップ（ナバコ社）は、粘土ベースのナノ粒子の自己組織化を含む高度に科学的なプロセスで製造されています。

・Shel-Life (by PolyNatural) は、さまざまな種類の果物に対して、バイオポリマーベースのコーティングを提供している。

・Sufresca の食品コーティングのソリューションも、農産物の種類に特化しており、水性混合物から作られている。

● これらの企業は独自の技術を使用しており、業務提携に関するデータを入手できないため、現在および潜在的な影響を定量化することは困難である。

【事例の概要】

毎年、生産される食料の3分の1が廃棄されています。13億トンの廃棄物の直接的なコストは7500億米ドルと推定されていますが、国連食糧農業機関（FAO）は、金銭的な観点だけでなく、それ以上の尺度で測定しています。FAOによると、埋立地で腐敗している食品廃棄物が排出する温室効果ガス（世界の温室効果ガスの6〜8%を生産）、結局使われない食品を生産するために無駄になる水や土地、農地を使用することで生じる生物多様性の損失を考慮すると、この問題の実際のコストは約2兆3千億米ドルに達するとのことです。

2030年までに世界の食品廃棄物の量を半減させることは、国連の持続可能な開発目標2「飢餓ゼロ」の一部となっています。食品廃棄物を減らすための戦略は、発展途上国と先進国では異なり、サプライチェーンの異なるステージで廃棄物が発生します。家庭の冷蔵庫で腐敗した食品による廃棄は、消費者の責任を高めることで減らすことができますが、収穫から消費者への販売までの段階で、先進国（最大40％）、特に発展途上国（最大60％）では、かなりの量の廃棄が発生しています。この被害は、サプライチェーン全体を通じて食品を保護する機械的、化学的、生物学的な保護を提供すれば、減らすことができるはずです。

食用食品コーティングの望ましい特性

蜜蝋やカルナバワックスなどの天然ワックスから石油系合成ワックスまで、ワックスを用いた食品コーティングは、食品の保存や輸送時の保護、水分損失の低減、果物や野菜の見た目の美しさなどを実現する伝統的な方法である。蜜蝋は限られた資源であり、石油系化合物は再生不可能で、カルナウバやその他の植物系ワックスの持続不可能な生産は森林破壊につながる恐れがあります。しかし、これらの目的はすべて、より持続可能でより効率的な手段によって達成することができる。

研究では、水分の損失から保護し、色や風味、栄養素をより長く保持させ、耐衝撃性を高め、さらに有害なバクテリアの増殖を選択的に抑制し、有益な微生物の保持を促進する、食用の食品コーティングを作ることを目指してきた。これらの目的は達成されましたが、すべての新素材が持続可能な大規模生産や応用に適しているわけではありません。さらに、すべての食品コーティングがすべての製品に適しているわけではありません。理想的には、大規模な用途に適したソリューションは、性能が優れているだけでなく、循環型経済の原則に従って、すでに環境にある材料から食品コーティング製品を生み出すことです。

食品コーティングの会社は、主に大学の分校として設立され、いくつかの研究方針を踏襲している。

1) 最も大きな関心は、デンプン、菌類由来のキトサン、藻類由来のアルギン酸などの複合バイオポリマーであるポリサッカライドに集中している。これらの材料に基づく企業には、Tidal Vision（キトサン）やPolyNatural（おそらくデンプンや他のバイオポリマーを使用）などがある。

2) 第二の研究分野は、天然または合成材料に由来するナノ粒子、複合材料に焦点を当てるものである。ナノテクを利用した唯一の商業的食品コーティングは、NABACO®によって製造されています。

3) 第三の研究分野は、伝統的な手法に基づき、天然および合成ワックスの性能を向上させるものである。このアプローチは、Sufrescaに見ることができます。

＜タイダルビジョン – キトサンを使ったコーティング＞

最も有望なソリューションのひとつがキトサンです。キトサンは、菌類や動物に由来する複合分子である。その前駆体であるキチン分子は、真菌の細胞壁や昆虫や甲殻類の殻に内蔵されている。
毎年、600万から800万ポンドのカニやエビの殻の廃棄物が廃棄されている。そのため、キチン抽出のための原料は豊富にあり、乾燥した殻1トンあたり400〜600ドル程度で済む。さらに、キチンからキトサンを容易に作ることができ、数十年にわたる例外的に多様な研究開発と応用により、工業的なニーズに合うようにプロセスが合理化されている。しかし、この工業的プロセスは、刺激の強い化学薬品を使用し、化学廃棄物を発生させ、エネルギーを大量に消費するため、必ずしも持続可能とは言えません。

2024年のキトサンの分野別需要予測

米国に拠点を置くTidal Vision社は、グリーンケミストリーを用いて抽出プロセスを最適化し、副産物は窒素を多く含む肥料として販売するゼロ・ウェイスト抽出プロセスを採用していると主張している。同社は、漁師や養殖業者からカニやエビなどの甲殻類の殻を買い取り、魚介類の廃棄物からキトサンを抽出する。同社が独自に開発したキトサンの抽出方法は、廃棄物ゼロ、コストも従来の3分の1程度を約束する。タイダルビジョン社は、食品コーティング製品以外にも、水処理用添加物（最も人気のある製品「タイダルクリア」は雨水や廃水の浄化に使用）、繊維や農業用など、他の産業で使用する原料としてキトサンを製造しています。

タイダルビジョン社は、同社の食品コーティング液「タイダルプロテクト」がどのような食品に使用できるのかについて情報を提供していないが、キトサンのコーティングが保存期間を延ばし、抗菌効果をもたらすことを示すイチゴの研究を引用している。また、独自の研究により、果物や野菜、魚介類、肉類など、他の食品にも同様の効果があることが実証されています。そのため、TIdal Vision社では、ハンターが獲った動物を腐敗から守るために吹き付ける抗菌キトサンスプレー「Game Meat Protector」を一般向けに販売しています。

タイダルビジョン社の「タイダルプロテクト」に使われているキトサンの効果

タイダルプロテクトに比べ、食品コーティングに使用される他の市販品は、原材料が明記されていません。廃棄物由来である可能性はあっても、その持続可能性を検証することはできない。透明性に欠ける部分もありますが、従来の食品コーティングに代わる新しい技術の可能性は大きいです。革新的な食品コーティングは機能的で（食品の保存期間を延ばす）、多くの場合バイオポリマーをベースにしている。さらに、運用コストが低く、より持続可能な生産工程を持っている。こうした企業には、Nabaco（米国）、PolyNatural（チリ）、Sufresca（イスラエル）などがあります。

食用食品コーティングの利点と可能性

＜ナチュラップ（ナバコ社製）＞

Nabaco Inc.は、化学博士号を持つ2人のナノテクノロジーのスペシャリストによって設立されました。ナノテクノロジーを利用した食品コーティングの製造は、テキサス州立大学で完成されたものです。同社の製品「NatuWrap」は食用で、FDAやOMRIの要求事項を満たしているが、技術が保護されているため、同社はこの製品が食品やスキンケアに含まれる天然成分を使用していることのみを開示している。この製品に含まれるナノ粒子は、ベントナイト粘土と「天然ポリマー」に由来する。ナバコは、これらが自己集合してレンガの壁のような構造になり、コーティングされた食品から水分が出たり、酸素が入ったりするのを防ぐことができることを発見した。また、ナチュラップには抗菌作用があるため、カビを防ぐ効果も期待できます。

ナバコでは、熟成の早いことで知られるアボカドやバナナをはじめ、メロン、梨、ぶどう、りんご、そら豆、柑橘類など7種類の農産物に対応した専用フォームを販売しています。生産者にとってのメリットは、従来の食品コーティングよりも低価格が期待できることに始まり、再梱包の必要性が減ることによるROIの向上、そしてもちろん、食品の無駄が少なくなることである。

ナチュラップは、さまざまな果物の保存性を大幅に向上させます。

＜スフレスカ＞

ナバコと同様、イスラエルのスフレスカは、大学（エルサレム・ヘブライ大学）の分校として設立されました。創業者は、ハイドロコロイド溶液や水性ポリマーの専門家であり、植物生理学者、化学者、物理学者でもある。スフレスカコーティングの配合は不明だが、創業者は、植物を環境ストレスから守るキューティクル構造にヒントを得たとしており、その成分はEFSAが食品添加物として認めている（Eナンバー）。成分としては、水、つや出し剤、乳化剤、安定剤、酸度調整剤などが挙げられている。

スフレスカの製品のプロトタイプは、同社の現R&D副社長タル・マルマー・シロタの修士論文がベースになっており、2013年に研究論文として発表された。試作品は、これまでコーティングが難しいとされていたピーマンの光沢を高めることに焦点を当てたものでした。この論文から、スフレスカの技術は、キャロブワックス、カルナウバワックス、シェラックなど、確立された素材を改良することに基づいていることが明らかになりました。現在のSufrescaの処方がプロトタイプとどのように異なるかは不明である。スフレスカのチームから発表された別の研究論文では、アルギン酸由来の複合材料でザクロの種子をコーティングしており、これが商業製品に使われれば、ワックスベースの材料よりも持続可能なソリューションとなる可能性があります。

シロタさんの修士論文は2013年に発表され、スフレスカは2018年に設立されました。以来、さまざまな農産物に対して個別にFDAやEUの認可を受けたソリューションを提供するまでに拡大し、カタログにはアボカド、トマト、柑橘類、マンゴー、玉ねぎ、ニンニクのコーティングが掲載されている。賞味期限の延長は、より腐敗しやすい青果物では数週間、タマネギやニンニクでは最大6カ月に及ぶとしている。

＜ポリナチュラル＞

新しい食品コーティング製品の評価では、化学処方に加えて、販売と輸出の数字も未知数である。チリのPolyNatural社（これも大学の分校）は、その数字を垣間見ることができる唯一の企業である。同社は輸出業者と小売業者の両方に製品を販売しており、これまでに輸出された35,000トンの果物を同社の製品でコーティングしたと主張しています。同社の製品は、近隣のペルーやアルゼンチン、オランダ、スペインでも使用されている。同社によると、同社の食品コーティング剤「シェルライフ」の使用により、157.041m3の水を節約し、2020年だけで250トン以上の食品を節約することにつながったとのことです。

ポリナチュラルの輸出統計

Shel-Lifeは、水と植物ポリマーのエマルジョンとして販売されており、同社のCTOによると、果物の皮にすでに含まれている成分や、アンデス原産の作物であるキヌアの乳化エキスなどが含まれています。シェルライフは、りんご、桃、プラム、柑橘類、アボカドなど幅広い種類の果実に使用でき、実験では従来のワックスと同等の効果が確認されている。お客様の試験データでは、合成ワックスと比較して、ある種の果物では、Shel-Lifeは腐敗の発生を65％、脱水を20％減少させたという結果が出ています。

【インパクト・ステートメント】

食品廃棄物の年間量とコストは、何十億ポンド、何百万ドルという単位で計測される。EPAが掲げる食品廃棄物を減らすための最も重要な方法は、余剰生産量を減らすことであるが、余剰食品を人や動物の飼料に転用し、埋立地となる量を減らすことも大きな意義がある。

食品回収ヒエラルキー（EPA)

生鮮食品の賞味期限を延長することは、食品廃棄物の削減に大きく貢献する可能性がある。現在、賞味期限を延長するための戦略には、食品の種類に応じて、天然または合成のワックスによるコーティングです。
現在、賞味期限を延長するための戦略には、食品の種類に応じて、天然または合成ワックスによるコーティング、プラスチック包装の使用、冷蔵保存などがある。これらの解決策は、エネルギーを大量に消費し、再生不可能な資源を使用します。

穀類に続き、果物や野菜も（合わせて）、量的にも二酸化炭素排出量としても、食品廃棄物の最大の発生源となっています。数十年にわたる科学的研究により、より持続可能でより効率的な食用食品コーティングのソリューションが開発されてきました。

穀類に次いで、果物や野菜が食品廃棄物やCO2排出量に大きな影響を与えている。

学術研究から直接開発された新しい食品コーティング企業が、より持続可能性を高めることができる重要な方法として、以下が挙げられます。

1) 従来のコーティング剤（ワックス）と比較して性能を向上させる。

2）材料生産に再生可能な資源を使用する（理想的には廃棄物）。

3) 廃棄物ゼロの製造工程を使用すること

4) 人間の健康に対する安全性（食べられる，あるいは簡単に洗える）。

5) 環境に対する安全性（生分解性、非毒性であること）

魚介類の廃棄物から安全で生分解性の高いキトサンコーティングを製造しているタイダルビジョン社は、これらのサステナビリティ条件を満たしており、大いに期待できます。
他の企業は、原材料を完全に開示していないため、その生産がどの程度持続可能であるかを導き出すことは困難です。しかし、NatuWrap、Sufresca、PolyNaturalはいずれも、従来のワックスよりも優れた食品用コーティング剤を製造していると主張しており、規制機関によって安全性が認められている。また、この分野における重要な革新的技術も紹介しています。

ナバコの「ナチュラップ」は、粘土とバイオポリマーのナノ粒子を食品コーティングに利用した初の商用製品です。
スフレスカは、従来の成分（ワックスと電子添加物）をベースに、小売業者にとって低コストで、保存期間を驚くほど延長する食品コーティング処方を設計しました。
PolyNaturalは、南米を代表する革新的な企業であり、多様な輸出経路を持ち、高い成長の可能性を持っています。同社の食品コーティングは、果物や野菜の皮に自然に存在するものと同様の「一般的な食品成分」（独自成分）で構成されています。

【システムの視点】

地球規模で生産される膨大な食糧の余剰に対処しなければならない一方で、余剰となった食糧資源を、それを必要とする人々や動物に供給するために再分配するためには、食糧廃棄物の削減が不可欠です。

食品廃棄物の削減を目的とした商業的革新は、生化学、生物物理学、材料科学の数十年にわたる科学研究の結果として生まれることが多い。この分野に関わる企業の多くは、大学から出発している。この研究の応用として、洗える食品や食べられる食品のコーティング、生分解性、廃棄物ゼロ、抗菌性のパッケージング（例えば、キトサン包装のパイオニアであるCuantec社や、同様に持続可能な方法で海藻を利用するNotpla包装が提供）など、先進のデザインが生み出されています。

学術的な研究はある程度の透明性を保っているが、今回取り上げたような企業が採用している方法は、独自の製法や特許規則によって隠されており、直接比較することは不可能である。また、売上高や輸出額も公表されていない。どの技術が最も持続可能な利用が見込めるかを判断するためには、1）製品の特性に関する企業の主張（例えば、保存期間をどの程度延ばすのか、抗菌剤としての効率はどうか）を検証し、2）その導入とアップスケールによる効果をモデル化するための独自の調査が必要であろう。

新しい食品コーティング技術の持続可能性は、その出発材料の持続可能性に大きく依存します。Tidal Vision社のような企業は、廃棄物から原料や食品コーティング剤を生成しているため、競合他社に対して優位に立つことができる。SufrescaやPolyNaturalは出発原料を公開していないが、市販品を使用していることがわかる（SufrescaのE-additivesなど）。ナバコの場合は、どのバイオポリマーと粘土を結合させているかという透明性の欠如に加え、ナノ粒子が環境中に移行する際の安全性の問題もある。

食品廃棄物は世界的な問題であり、世界のさまざまな地域のサプライチェーンで発生しています。特に発展途上国は、消費者に届くまでに食品が腐敗してしまうという被害を受けているため、南米発で発展途上国のニーズに特に配慮していると思われるポリナチュラル社のような企業が、その解決策の一端を担うことが期待されています。しかし、量とカーボンフットプリントの両方で最も多くの食品廃棄物が東アジア（中国、韓国、日本）で発生しているため、その市場に合わせたソリューション、例えば甲殻類の殻、藻類、海藻などこれらの国に豊富にある原材料に基づくソリューションが最大の影響を与えることができます。

農産物の種類によって必要なコーティング剤は異なりますが、これまで開発されたものは、リンゴやアボカドなど、欧米で広く使われているものが主流です。発展途上国や東アジアでインパクトのあるソリューションを提供し、公平性を保つためには、食品コーティング企業はこれらの地域で生産される農産物に適した新しい製法を開発する必要があります。

（関連リンク）

スフレスカ
Company website: https://www.sufresca.com/
Founder LinkedIn: Efrat Boker Ferri, CEO
Sufresca Social Media Links:
Sufresca | LinkedIn | Sufresca

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人類は、地球上の生命が繁栄し続けるために克服しなければならない4つの生存のための必須課題（4Revs）、すなわちボトルネックに直面しています。食糧、水、資源、そして気候変動・エネルギーです（詳細は後述）。この4つの領域は、画期的なイノベーションを必要とすると同時に、新たなチャンスの宝庫でもあるのです。
4Revsは、人類がこれら4つの分野を解決することを目的とした、ユニークな共創型エコシステムです。
4Revsは、2020年から2050年の間に、人類がこれらの4つの生存のための課題を一世代で解決することを目的とした、ユニークな共創型エコシステムです。

Jul 31, 2022

Sustainable food coating technologies: From prawns to nanoparticles

#protein#nanotechnology#bio-based-materials#sustainable#agriculture#food-waste#food#food-security

【Abstract】

The UN estimates that 30% of all food is wasted, which poses a significant environmental and economic cost. Invisible food coatings on fresh produce greatly help reduce food waste by increasing the shelf-life of produce and protecting against mechanical, chemical and biological damage. The first generation of food coating agents were waxes – paraffin or natural wax. While not known to be harmful to consumer health, waxes have a significant environmental footprint.

Driven by the increasing needs of sustainability, new innovations in food coating range from traditional solutions like starch to the production of biopolymers (synthetic or derived from food waste) and nanotechnology. The majority of commercial innovations are in the USA, from companies like Tidal Vision, that use seafood waste to produce biopolymer coating, and Nabaco, whose Natuwrap is produced from clay particles using nanotechnology. The growth of the food market share in Asia and South America is reflected in the inception of companies such as the Chilean PolyNatural and Israeli Sufresca, whose food coating innovations are based on biopolymers and food additives, respectively.

Research indicates that these commercial solutions may be sustainable and beneficial for the environment, agricultural industry, and consumers. However, while the companies claim to have introduced sustainable, scalable, cost-efficient innovations, the outcomes of their wide-scale use are at present time not clear, as the production processes still remain proprietary and thus opaque.

【Main Highlights】

● The UN estimate that 30% of all food is wasted, amounting to around 2.7 trillion of dollars in annual cost. Wasted food rotting in landfills contributes around 6-8% to all greenhouse gas emissions. Mass food production necessitates the use of methods that will extend shelf life and decrease perishability by providing mechanical, chemical and biological protection.

● Waxing has been the traditional way of preserving fruits and vegetables, but wax production is not always sustainable, and the increases in food production in the past decades necessitate higher performance solutions.

● There is not a one-size-fits-all coating. Different fruits and vegetables have different chemical properties that require different types of protection.

● Materials tested in research settings have ranged from different types of natural or synthetic wax, to biologically-derived polymers (cellulose, lignin, chitosan, starch), and semi-synthetic nanoparticles.

● Several companies are trying to introduce sustainable solutions:

○ Tidal Vision produces edible food coating from seafood waste.

○ Natuwrap (by Nabaco) is produced using a highly scientific process including the self-assembly of clay-based nanoparticles.

○ Shel-Life (by PolyNatural) offers several biopolymer-based coatings for different types of fruit.

○ Sufresca’s solutions to food coating are also specific to the type of produce, and is made from a water-based mixture.

● Because of the proprietary technologies that these companies use, and the lack of data availability on their business partnerships, current and potential impact is difficult to quantify.

【Case Overview】

Every year, a third of all the food produced goes to waste. The direct cost of the 1.3 billion tonnes of waste is estimated to be 750 billion USD, but the Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO) measures it in more than monetary terms. According to the FAO, if we accounted for the greenhouse gas emissions of food waste rotting in landfills (producing 6-8% of the world’s greenhouse gases), the water and land wasted on the production of food that doesn’t end up being used, and the loss of biodiversity that results from using land for farming, the real cost of this problem would amount to around 2.3 trillion USD.

Cutting the amount of global food waste in half by 2030 is part of UN’s Sustainable Development Goal #2 – Zero Hunger. The strategies for reducing food waste will be different for developing and industrialised countries, where waste occurs in different stages of the supply chain. While the waste from spoiled food in home refrigerators can be reduced via increased consumer responsibility, a significant amount of wastage occurs between the harvesting and consumer sale stage, in industrialized (up to 40%), and especially in developing countries (up to 60%). This damage could be reduced if we provided our food with mechanical, chemical and biological protection that would preserve it throughout the supply chain.

Desirable characteristics of edible food coating

Food coating using wax, ranging from natural waxes such as beeswax and carnauba wax, to synthetic petroleum-based waxes, has been the traditional way to provide food with protection in storage and transport, reduce moisture loss, and give fruits and vegetables a more aesthetically pleasing appearance. Beeswax is a limited resource, petroleum-based compounds are not renewable, and unsustainable production of carnauba and other plant-based waxes could lead to deforestation. All these aims, however, could be achieved by more sustainable and more efficient means.

Research has aimed to create edible food coatings that will protect from water loss, make it retain color, flavor and nutrients for longer, make it more impact-resistant, as well as selectively inhibit the growth of harmful bacteria, and promote the retention of beneficial microbes. While these aims have been achieved, not all new materials are suitable for sustainable large-scale production or application. Furthermore, not every food coating is suitable for every product. And ideally, the solution(s) for large-scale application will not only perform better, but also follow the principles of circular economy, deriving food coating products from materials already in the environment.

Food coating companies have been founded mainly as university offshoots, following several lines of research:

1) The largest interest has been concentrated on polysacharides: complex biopolymers such as starch, chitosan from fungi, and alginate from algae. Companies based on these materials include Tidal Vision (chitosan) and PolyNatural (likely uses starch or other biopolymers).

2) A second line of research focuses on nanoparticles, composite materials derived from natural or synthetic materials. The only commercial nanotech-based food coating is produced by NABACO®.

3) A third line of research builds on traditional methods, improving the performance of natural and synthetic waxes. This approach can be seen in Sufresca.

＜Tidal Vision – Chitosan-based coating＞

One of the most promising solutions is chitosan. Chitosan is a complex molecule that can be derived from fungi or animals. Its precursor molecule chitin is inbuilt in fungal cell walls and the shells of insects and crustaceans.

Every year, between 6 and 8 million pounds of crab and prawn shell waste is discarded. As a result, raw materials for chitin extraction are abundant at only around 400-600 USD per ton of dried shells. Furthermore, chitosan can be readily made from chitin, and decades of exceptionally diverse R&D and application has streamlined the process to fit industrial needs. The industrial process, however, is not always sustainable as it uses harsh chemicals, generates chemical waste, and is energy intensive.

Predictions for the 2024 chitosan demands by field

The USA-based company Tidal Vision claim that they have optimised the extraction process through the use of green chemistry and a zero waste extraction process, where the byproduct is sold as nitrogen-rich fertilizer. They extract chitosan from seafood waste, buying off crab, shrimp and other crustacean shells from fishermen and seafood farmers. The company’s proprietary method of chitosan extraction promises to be zero waste and only a third of the cost of traditional extraction methods. In addition to their food coating product, Tidal Vision produce chitosan as a raw material to be used in other industries, such as an additive for water treatment (their most popular product, Tidal Clear, is used for the purification of stormwater and wastewater), and for the textile and agriculture industries.

While Tidal Vision do not provide information about which produce their food coating liquid Tidal Protect can be used on, they cite a study on strawberries, that shows how chitosan coating extends shelf life and has antimicrobial effects. Independent research has demonstrated similar effects on other foods, from fruits and vegetables to seafood and meat. To that effect, TIdal Vision also sells a consumer-oriented antimicrobial chitosan spray, Game Meat Protector, that hunters spray on the animals they kill in order to preserve them from spoilage.

The benefits of chitosan, used in Tidal Vision’s Tidal Protect

In comparison to Tidal Protect, other commercial products used for food coating do not specify their raw materials. Even though it is possible that they are derived from waste products, the sustainability of these products cannot be verified. Despite some lack of transparency, the potential for new technologies to replace traditional food coatings is significant. Innovative food coatings are functional (will extend produce shelf life) and often based on biopolymers. Further, they have lower operational costs and more sustainable production processes. Some of these companies include Nabaco (USA), PolyNatural (Chile) and Sufresca (Israel).

Benefits and potential benefits of edible food coating

＜NatuWrap (from Nabaco Inc)＞

Nabaco Inc, was founded by two chemistry doctorate holders and specialists in nanotechnology. Their nanotechnology-based food coating production was perfected at Texas State University. Their product, NatuWrap, is edible and meets FDA and OMRI requirements, but because the technology is protected, the company only discloses that the product uses natural ingredients found in food and skincare.

The nanoparticles in the product come from bentonite clay and‘’natural polymers’’. Nabaco have discovered these can self-assemble into a brick wall-like structure that will prevent water from leaving, and oxygen from entering the coated food. Due to its antimicrobial properties, applying NatuWrap can also prevent molding.

Nabaco sells 7 specialized formulas for 7 different types of produce, from notoriously fast-ripening avocados and bananas, to melons, pears, grapes, apples, plantains and citruses. The benefits for growers start with a promise of lower price than conventional food coating, and continue with an increased ROI due to a reduced need for repacking, and of course, less food wastage.

NatuWrap significantly improves the shelf life of different fruits

＜Sufresca＞

Like Nabaco, the Israel-based Sufresca was founded as a university offshoot (Hebrew University of Jerusalem). The founders are experts in hydrocolloidal solutions and water-based polymers, as well as plant physiologists, chemists and physicists. The formulation of Sufresca coating is unknown, but the founders state that it was inspired by the cuticle structures that protect plants from environmental stress, and that its ingredients are recognised by the EFSA as food additives (E numbers). Among the ingredients they list are water, glazing agents, emulsifiers, stabilizers and acidity regulators.

The prototype for Sufresca’s products was based on their current VP R&D Tal Marmur Sirota’s Masters thesis, which was published in a research paper in 2013. The prototype focused on increasing gloss in peppers, which had thus far been proven to be difficult to coat. This paper reveals that Sufresca technology is based on making improvements on established materials, such as carob wax, carnauba wax and shellac. It is unknown how the current formulation of Sufresca differs from the prototype. In another research publication coming from the Sufresca team, they coat pomegranate seeds in a complex material derived from alginate, which if used in the commercial product, could be a more sustainable solution than wax-based materials.

Sirota’s MSc thesis was published in 2013, and Sufresca was founded in 2018. Since then, they have expanded to offer individual, FDA and EU approved solutions for different produce, and their catalog consists of coatings for avocados, tomatoes, citruses, mangoes, onions and garlic. They claim the shelf-life extension could last up to several weeks for more perishable produce, and up to 6 months for onions and garlic.

＜PolyNatural＞

In addition to the chemical formulations, sales and export numbers are another unknown in the assessment of new food coating products. The Chilean company PolyNatural – another university offshoot – is the only one that provides a glimpse into their numbers. They market　their product to both exporters and retailers, claiming that their product has coated 35,000 tonnes of fruit in export thus far. Their product has been used in neighbouring Peru and Argentina, as well as The Netherlands and Spain. The company offers some sustainability index figures as well: according to the company, the use of their food coating, Shel-Life, has saved 157.041 m3 of water, and led to saving over 250 tonnes of food in 2020 only.

PolyNatural export statistics

Shel-Life is sold as a ready-to-use emulsion of water with plant polymers, including, as stated by the company’s CTO, ingredients already present in fruit skins, as well as emulsifying extract from quinoa, a crop native to the Andes. Shel-Life can be used on a broad variety of fruits (apples, peaches, plums, citruses, avocados), and the company’s experiments have shown that their food performs equivalently to traditional waxing. Data coming from customer trials shows that in certain fruits, compared to synthetic waxes, Shel-Life shows 65% less rot incidence and 20% less dehydration.

【Impact Statement】

The annual amount and cost of food waste is measured in billions – of pounds and USD. While the most important way to reduce food waste, as per the EPA, is to reduce surplus production, it is also of great significance to divert surplus food to feed people and animals, and reduce the amount that ends up in landfill.

The Food Recovery Hierarchy (EPA)

Extending the shelf life of fresh food could contribute significantly to reducing food waste. Currently, strategies for extending shelf life include, depending on the type of food, coatings
with natural or synthetic waxes, the use of plastic packaging, and cold storage. These solutions are energy intensive and use non-renewable resources.
After cereals, fruits and vegetables (combined) are the largest sources of food waste both in terms of amount and in terms of carbon footprint. Decades of scientific research have been dedicated to developing more sustainable and more efficient solutions for edible food coating, a food waste reduction method applied most commonly to fruits and vegetables.

After cereals, fruits and vegetables are the largest contributors to food waste and CO2 footprint

Important ways in which new food coating companies developed directly from academic research could become more sustainable are:

1) improved performance compared to traditional coatings (waxes)

2) using renewable resources for material production (ideally waste products)

3) using a zero waste production process

4) safety for human health (edible or easily washable)

5) safety for the environment (biodegradable, non-toxic)

Tidal Vision, who produce safe and biodegradable chitosan coatings from seafood waste, fulfill these sustainability conditions with great promise.

The other companies do not fully disclose their raw materials, and thus it is difficult to derive how sustainable their production is. But, NatuWrap, Sufresca, and PolyNatural all claim to produce food coating that outperforms traditional waxes, and they are approved as safe by regulatory bodies. They also introduce important innovations in the field.

● Nabaco’s NatuWrap is the first commercial product that utilizes clay and biopolymer nanoparticles in food coating.

● Sufresca designed a food coating formulation that builds on traditional ingredients (waxes and E-additives) at a low cost for retailers and impressively extends shelf life.

● PolyNatural are the leading innovators in South America, with a diverse export chain and high potential for growth. Their food coating consists of ‘’common food ingredients’’ (proprietary) similar to the ones naturally present in fruit and vegetable skins.

【Systems Perspective】

While the immense surplus of food produced on a global level must be addressed, once the surplus is there, food waste reduction is essential if we are to redistribute those resources to feed people and animals who need them.

Commercial innovation aiming to reduce food waste often comes as a result of decades of scientific research in biochemistry, biophysics, and material science; many of the companies involved in this field started at universities. The applications of this research generated forward thinking-designs in washable or edible food coating, but also in biodegradable, zero-waste and　antimicrobial packaging (for example, offered by the chitosan packaging pioneers at Cuantec, or by Notpla packaging, that utilizes seaweed in a similarly sustainable way).

Whereas academic research retains a degree of transparency, the methods that companies such as the ones discussed in this article employ are hidden by proprietary formulations and patent rules, which makes direct comparison impossible. They also do not disclose their sales and export numbers. In order to determine which technology is the most promising for sustainable use, independent research would be needed to 1) test the companies’ claims about the properties of their products (e.g. how much do they extend shelf life, or how efficient they are as antimicrobial agents), and 2) model the effects of their implementation and upscaling.

The sustainability of new food coating technologies depends greatly on the sustainability of their starting materials. Companies like Tidal Vision have an advantage against their competitors, as they generate raw materials and food coatings from waste products. Sufresca, and PolyNatural do not disclose their starting materials, but there are indicators that they use commercially available goods (e.g. Sufresca’s E-additives). With Nabaco, in addition to the lack of transparency about which biopolymers they conjugate with clay, there is also the matter of safety of nanoparticles as they migrate into the environment.

Food waste is a global problem, and it occurs in different parts of the supply chain in different parts of the world. The developing world suffers particular damage from food spoilage before reaching the consumer, so companies like PolyNatural that comes from South America and seems to pay particular attention to the needs of developing countries, promise to be a part of the solution. However, as the largest amount of food wastage, in terms of both quantity and carbon footprint, occurs in East Asia (China, Korea, Japan), solutions tailored to their market – such as the ones based on raw materials that are abundant in those countries, including crustacean shells, algae or seaweed – can have the largest impact.

Different produce require different coating formulations, and the most common ones developed thus far are for apples, avocados and others that are widely used in the western world. In order to deliver impactful solutions, both in developing countries and East Asia, and in order to be equitable, food coating companies will have to develop new formulations suited for produce grown in these parts of the world.

（Links）

Sufresca
Company website: https://www.sufresca.com/
Founder LinkedIn: Efrat Boker Ferri, CEO
Sufresca Social Media Links:
Sufresca | LinkedIn | Sufresca

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Humanity is facing four essential survival challenges (4Revs) – or bottlenecks – which we must overcome to enable the continued flourishing of life on Earth: Food, water, resources, and climate change/energy (details below). These four areas will require revolutionary innovation and, at the same time, provide a treasure trove of new opportunities.
4Revs is a unique, co-creative ecosystem
that aims to help humanity solve these four survival challenges in one generation – between 2020-2050.