Innovatioun a biobaséierte Materialien, Schuppen an aner Offall aus der Fëschindustrie fir Bioplastik fir Liewensmëttelverpackungen ze maachen!

D'Weltfëschproduktioun am Joer 2019 gëtt op 177.8 Milliounen Tonnen geschat a soll an Zukunft däitlech wuessen. Wéi wäit an der Agenda 2030 vun de Vereenten Natiounen fir nohalteg Entwécklung an der FAO unerkannt, spillen d'Fëscherei an d'Aquakultur eng wichteg Roll bei der Liewensmëttelsécherheet an der Ernährung. Ongeféier 70% vum Fësch a Mieresfriichten ginn veraarbecht, ier se verkaaft ginn, wat zu groussen Quantitéiten u festem Offall bei Aktivitéiten ewéi Dekapitatioun, Peelung, Entferne vun den Innereien, Definitioun a Skaléierung, a Filetentfernung féiert.

Fëscherei-Nebenprodukter enthalen typescherweis intern Organer, Muskelgewebe, Kadaveren, Käpp, Flossen, Haut, Schuppen a Schanken, déi ongeféier 50 bis 75 Prozent vum frësche Gewiicht ausmaachen, ofhängeg vun der Aart. Zum Beispill produzéiert d'Veraarbechtung vu Garnelen a Fileten bal 50% an 75% (nom Gewiicht) Offall. Ongeféier 20% vun de Fëscherei-Nebenprodukter ginn als Zutaten mat nidderegem Wäert an Déierefudder benotzt, vun deenen déi meescht op Deponien oder Verbrennunge kommen, wat zu Ëmwelt-, Gesondheets- a wirtschaftleche Verloschter féiert.

Fëschoffäll sinn dofir e wuessend Problem, dat innovativ Approchen a Léisunge verlaangt. Zu dësem Zweck goufen weltwäit eng Rei vu Projeten a Moossname geholl fir Liewensmëttelverschwendung ze vermeiden. Dorënner huet Fëschoffäll als neit Rohmaterial fir Bioplastik ëmmer méi Opmierksamkeet a verschiddene Beräicher (haaptsächlech Liewensmëttelverpackungen) op sech gezunn, mat bedeitende wirtschaftlechen an ökologesche Virdeeler.

Si kënnen a Liewensmëttelverpackunge veraarbecht ginn, andeems verschidde potenziell wäertvoll Moleküle recycléiert ginn, dorënner Ueleger, Proteinen, Faarwen, bioaktiv Peptiden, Aminosäuren, Kollagen, Chitin a Gelatine. D'Verpakung gëtt nach ëmmer als e wichtegen Deel vun ... ugesinn.Bioplastikproduktioun, déi 47% (990,000 Tonnen) vum Bioplastikmaart am Joer 2020 ausmaachen. Ënnert dësen innovativen grénge Materialien hunn iessbar/biologesch ofbaubar Folien fir Liewensmëttelverpackungsapplikatiounen d'Opmierksamkeet vu Fuerscher an der akademescher Welt an an der Industrie op sech gezunn.

D'Francesca Rioneto, vum Departement fir Innovatiounsingenieurwesen vun der Universitéit vu Salento, huet a Polymers publizéiert. Den Zesummefassungsartikel mam Titel 'Recent Applications of Bio-polymers from Fish Industrial Waste in Food Packaging', resüméiert déi rezent Fortschrëtter bei der Bewäertung vun Offall aus der Fëschindustrie an de Potenzial, dës Nieweprodukter a kreesfërmegen Wirtschaftsmethoden fir d'Virbereedung vu Bioplastik fir Liewensmëttelverpackungen nei ze benotzen.

1. Muskelprotein
Muskelproteine ​​ginn no hirer Léislechkeet an dräi grouss Kategorien agedeelt: myogene Fibrin, sarkoplasmatesch Proteinen a Matrixproteinen. Myoffribrin ass den Haaptbestanddeel vum Skelettmuskel a mécht ongeféier 65-75% vum gesamte Muskelprotein aus. Myoffribrin ëmfaasst e puer kontraktil Proteinen, wéi Myosin an Aktin, Reguléierungsproteinen wéi Protomyosin an Troponin, an aner sekundär Proteinen. Wéinst hirer Struktur a Lokalisatioun brauchen Myoffribrinen denaturéierend Konditiounen, wéi Léisunge mat héijer ionescher Stäerkt, fir opgeléist an extrahéiert ze ginn.

Proteine ​​sinn ee vun de meescht benotzte Biomaterialien an der Liewensmëttelindustrie wéinst hirem Nährwäert, net-gëftegen, biologesch ofbaubarem Zoustand a gelbildendem Potenzial. An de leschte Jore kruten Fëschmatrixproteinen a Myogenfibrin vill Opmierksamkeet wéinst hirer Fäegkeet, biologesch ofbaubar, iessbar Filmer mat gudde Barrièregase, organesche flüchtege Substanzen a Lipideegeschafte ze bilden, déi a Waasser net léislech sinn, awer duerch d'Upassung vum pH-Wäert vun der Léisung opgeléist kënne ginn. Dës Filmer aus Fëschmuskelfibrillen oder Muskelproteinen hunn e puer Virdeeler: (i) exzellent UV-Barrière am Verglach mat kommerzielle Verpackungsfolien aus PVC; (ii) gutt Sauerstoff- a Kuelendioxidbarrièren; (iii) liicht Transparenz; (iv) Potenzial fir d'Produktioun vun aktiven Verpackungen.

Déi Haaptnodeeler, déi déi verbreet kommerziell Uwendung vun dëse Folien limitéieren, sinn d'Steifheet an déi niddreg mechanesch Stäerkt, déi weider duerch d'Disulfidbindungen, Waasserstoffbindungen an/oder elektrostatesch Interaktiounen duerch déi extensiv Protein-Protein-Ketten-Interaktiounen am Dënnfilmnetz verstäerkt gëtt. Fir dëst Problem ze léisen, kënnen héich Konzentratioune vu Weichmacher (ongeféier 40-60%) zu biologesch ofbaubare Folien bäigefüügt ginn, fir d'Brëchkeet ze reduzéieren an d'Duktilitéit an d'Zähegkeet ze erhéijen, andeems d'Kraaft tëscht Protein-Protein-Ketten reduzéiert gëtt. Eng aner Aschränkung vu Fëschfibrinmembranen ass eng schlecht Waasserdampbarrière, déi duerch déi héich Hydrophilizitéit vun Aminosaieren a Proteinen an d'Zousätzlech vun enger grousser Zuel vun hydrophilen Weichmacher (wéi Glycerol a Sorbitol) verursaacht gëtt, fir der Membran genuch Flexibilitéit ze ginn. Chemesch Vernetzung, Elektronestralen a Gammastralung goufen als effektiv Methode fir méi staark a manner permeabel Filmer gemellt.

2. Marine Kollagen

Kollagen ass dat heefegst Déierprotein, well et an all Bindegewebe (dh Haut, Schanken, Bänner, Sehnen a Knorpel) an interstitiellen Gewëss vun de parenchymalen Organer fonnt gëtt.

Marinekollagen gëtt haaptsächlech aus Fëschhaut, Fëschgräten, Flossen, Schuppen oder dem Bindegewebe vu Quallen, Mierigelen, Seestären oder Miergurken gewonnen. Fëschhaut gouf benotzt fir Kollagen ze extrahéieren, well 70-80% vun hirer Dréchematerial Kollagen ass. Zousätzlech si Fëschschuppen eng aner villverspriechend a bëlleg Quell vu Marinekollagen, déi ongeféier 4% vum Gesamtjoresgewiicht vum Fëschoffall ausmaachen, ongeféier 18-30 Milliounen Tonnen. Fëschschuppen enthalen souwuel organesch Komponenten (Kollagen, Fett, Lecithin, haart Protein, verschidde Vitaminnen, etc.) wéi och anorganesch Komponenten (Hydroxyapatit, Kalziumphosphat, etc.).

Am Verglach mat Kollagen vu Säugetieren huet Marinekollagen e vergläichbart oder liicht méi niddregt Molekulargewiicht an eng méi niddreg Denaturatiouns- (Schmëlz-) Temperatur, déi fir déi meescht Fësch ongeféier 20-35 °C ass, während d'Kollagenwäerter vu waarme Waasserarten méi héich sinn. Fir d'thermesch Stabilitéit ze verbesseren, goufen gëeegent Vernetzungsbehandlungen ënnersicht.

Laut dem Coppola etc. kann d'Dréchemass vum Kollagen, deen aus Fëschnebenprodukter extrahéiert gëtt, méi wéi 50% erreechen. Zousätzlech garantéiert d'Entfettung während der Fëschveraarbechtung kee Geroch oder Geschmaach. Et dauert dacks laang, Kollagen aus Fëschschuppen duerch chemesch Methoden ze extrahéieren. Dofir interesséiere sech d'Fuerscher ëmmer méi fir e passenden Prozess fir d'Extraktioun vu Fëschschuppenkollagen.

Am Verglach mam Säugetierkollagen huet Marinekollagen keng Aschränkungen am Gebrauch aus reliéise Grënn a méiglechen infektiöse Krankheeten, an zur selwechter Zäit huet et eng exzellent Filmbildungskapazitéit, Biokompatibilitéit, niddreg Antigenitéit, héich Biologesch Ofbaubarkeet a Zellwuesstumspotenzial. Dësen Offall huet de Potenzial, als ëmweltfrëndlech a bëlleg Quell vu Kollagen mat ville potenziellen Uwendungen als Medikamenten-/Liwwerungsträger oder Wonnverband a verschiddene Beräicher wéi Gesondheetsnahrung, Kosmetik a Biomedizin entwéckelt ze ginn. Wéinst senger héijer Waasserabsorptiounskapazitéit ass Kollagen e gudde Kandidat fir Texturéierung, Verdickung a Gelbildung. Zousätzlech huet et interessant Eegeschaften am Zesummenhang mat Uewerflächenverhalen, dorënner Emulsioun, Schaumbildung, Stabiliséierung, Adhäsioun a Kohäsioun, schützende kolloidal Funktioun a Filmbildungsfäegkeet. Och wann et als Liewensmëtteladditiv benotzt gouf fir d'rheologesch Eegeschafte vu Liewensmëttel ze verbesseren, gëtt Marinekollagen nach net voll ausgenotzt a seng Uwendung ass vill manner wéi déi vum Säugetierkollagen.

D'Benotzung vu Fëschkollagenfolie an der Verpackungsindustrie ass duerch e puer Nodeeler limitéiert, wéi zum Beispill eng geréng thermesch Stabilitéit a relativ schlecht mechanesch Eegeschaften. Zousätzlech ass Kollagen e hydrophile Polymer mat Hydroxylgruppen. Dofir passéiert Waasserdamp liicht duerch de Film. Fir dës Aschränkungen ze iwwerwannen, goufen verschidden Efforte gemaach, dorënner d'Mëschung vu Kollagen mat anere Biopolymeren a verschidde chemesch an enzymatesch Prozesser. Zum Beispill hunn den Ahmed et al. eng Mëschung aus Kollagen a Chitosan benotzt, déi aus Liederjacketfellen extrahéiert gouf, wouduerch d'bakteriostatesch Kapazitéit an d'bakteriostatesch Aktivitéit vum Film verbessert ginn, awer d'Elastizitéit oder d'Brëchkeet vum Film beaflosst gëtt.

3. Fëschklebstoff

Gelatine ass e denaturéiert Protein, dat duerch d'partiell Hydrolyse an d'Hëtztbehandlung vu Kollagen gewonnen gëtt. Et besteet aus enger Rei vu Proteinen a Polypeptiden mat verschiddene Molekulargewichten, deenen hir Zesummesetzung haaptsächlech vum Mammekollagen an dem Extraktiounsprozess ofhänkt. Wärend der Hydrolyse ginn déi natierlech molekular Bindungen tëscht den eenzelne Kollagenketten ofgebrach, wouduerch eng Mëschung aus eenzel- oder méistrangegen Polypeptiden entsteet, jidderee mat enger verlängerter lénkser Helixkonformatioun a mat 50-1000 Aminosaieren. Zwou Zorte vu Gelatine ginn duerch Säurehydrolyse an Alkalihydrolyse kritt, nämlech Typ A an Typ B.

Wéinst reliéise Froen a Bedenken iwwer d'Gesondheet an d'Verbreedung vu Krankheeten op de Mënschen, huet d'Extraktioun an d'Applikatioun vu Gelatine aus Fëschdrëps e breede Interessi geweckt. Gelatine ass e wichtegen industrielle Biopolymer mat bedeitende Gelierungs- a Filmbildungseigenschaften, deen a Liewensmëttel, Pharmazeutik an anere verwandte Beräicher benotzt ka ginn.

Wéinst senge gudde filmbildenden Eegeschaften, niddrege Käschten, Biokompatibilitéit a Biodegradabilitéit gouf Fëschgelatine viru kuerzem fir d'Virbereedung vu biodegradéierbare Folien an aktiven Liewensmëttelverpackungen recommandéiert, fir traditionell net-biologesch ofbaubar Polymeren an aner Gelatine op Mamendéierenbasis ze ersetzen. Duerch d'Applikatioun vun Hëtzt a mechanesche Stress an der Extrusiounsbaséierter Technologie ass Gelatine einfach ze veraarbechten. Fir d'Flexibilitéit ze erhéijen, ginn Weichmacher als intern Schmiermëttel benotzt, déi d'molekular Flëssegkeet verbesseren. Eng wässerlech Gelatineléisung kann duerch d'Goss vu Gelatinefilmer kritt ginn. Si sinn geruchslos, faarflos, transparent, waasserléislech a méi flexibel wéi aner biobaséiert Folien, déi a Liewensmëttelverpackungen benotzt ginn. Well de Schmelzpunkt vu Gelatine no bei der Kierpertemperatur läit, kënne Gelatinebaséiert Folien benotzt ginn, fir iessbar Folien ze preparéieren. Zousätzlech huet Fëschgelatine e grousst Potenzial als exzellent Matrix vu bioaktive Verbindungen mat verstäerkende Funktiounen, wéi Antioxidantien/antibakteriell Agenten, gewisen.

D'Waasserresistenz gëtt verbessert andeems de Fëschgelatinefilm mat engem fiichtegkeetsbeständege biologesch ofbaubare Polymer an engem Méischichtefilm mat enger Fiichtegkeets- a Sauerstoffbarriärschicht laminéiert gëtt, déi fir spezifesch Verpackungen a Konditiounen optiméiert ass. Matutsch etc. Mat Montmorillonit-Natrium-Weichmachende Gelatine als bannenzeg Schicht, vernetzter Dialdehydstärke a Weichmachende Gelatinefilm als baussenzeg Schicht, goufen dräi Schichten Gelatinefilm waarm gepresst. Well déi eenzel Schichten mat staarke Waasserstoffbindunge matenee interagéiere kënnen, weisen Méischichtemembranen kompakt an eenheetlech Mikrostrukturen op. Déiselwecht Autoren hunn och eng Méischichtestruktur virbereet, an där de Poly-Mëllechsäurefilm als baussenzeg Schicht mat méi héijer Waasserdamppermeabilitéit wierkt wéi aner kommerziell Polymeren wéi Héichdichtpolyethylen oder Polyvinylchlorid.

Eng aner villverspriechend Method fir d'Barrièreeigenschaften, mechanesch Eegeschaften an thermesch Eegeschafte vu Fëschklebstoff fir Liewensmëttelverpackungen ze verbesseren, baséiert op der Vernetzung. Besonnesch, wéi de Garavand etc. iwwerpréift huet, hunn natierlech Vernetzungsmëttel méi Opmierksamkeet op sech gezunn, fir Ëmwelt- a Gesondheetsbedenken, souwéi wirtschaftlech Froen ze berécksiichtegen. De Liguori etc. huet e Protokoll fir d'Vernetzung vu Fëschgelatine mat Zitrounesaier entwéckelt. Et gouf gewisen, datt eng Hëtzebehandlung a Präsenz vu reduzéierende Zocker (sougenannte Maillard-Reaktioun) zu Vernetzungsprozesser a verännerte Netzwierkstrukturen féiert. Viru kuerzem huet de Maroufi etc. déi chemesch Vernetzung vu Fëschgelatine mat der Aldehydgrupp vum K-Carrageenan demonstréiert.

4. Uwendung vu Chitosan a Liewensmëttelverpackungen

Chitin, dat zweetmeescht verbreet Biopolymer an der Natur no Cellulose, ass e lineare Polymer, e Polysaccharid, dat an der Zellwand vu Pilze a Plankton, Krustaceaen an Insektenexoskelett a Form vun uerdentleche kristalline Mikrofaser lokaliséiert ass, déi ongeféier 100 Milliarden Tonne Chitin pro Joer produzéieren.

Déi biokompatibel, net-gëfteg a biofunktionell Eegeschafte vu Chitin- a Chitosan-Biopolymere maachen se potenziell gëeegent fir Liewensmëttelverpackungsapplikatiounen. Besonnesch Chitosan-Biopolymere, déi aus Garnelen extrahéiert ginn, sinn als allgemeng unerkannt als sécher (GRAS) bestëmmt. Chitosan ass dogéint vill méi bëlleg am Verglach mat anere Biopolymere. Trotzdem maachen déi exzellent Eegeschafte vu Chitosan et méi gëeegent fir Liewensmëttelverpackungsapplikatiounen. Zum Beispill gouf et erfollegräich proposéiert, d'Haltbarkeet vu Brout ze verlängeren, well et gewisen huet, datt et d'Réckkehr vu Stärke verzögert andeems et de mikrobielle Wuesstum verhënnert.

Den Tyliszczak etc. huet gewisen, datt Chitosan-Folie och Äerdbieren konservéiere kënnen. Zousätzlech huet den Zakaria etc. gewisen, datt Chitosan-Membranen Ännerungen an de physikalesche Eegeschafte vu Geméis hemmen. Chitosan kann och benotzt ginn, fir Liewensmëttelverpackungen ze produzéieren, déi domat beschichtet sinn, wouduerch de Wuesstum vu Mikroorganismen verzögert gëtt. D'Strategie fir d'Leeschtung vu Chitosan-Folie fir Liewensmëttelverpackungen ze verbesseren ass bal identesch mat där, déi fir Fëschgelatine-Folie benotzt gëtt. Tatsächlech stellt d'Entwécklung vu Polymermëschungen eng effektiv Method duer, fir mechanesch Eegeschaften ze verbesseren an d'Waasserléislechkeet an d'Waasserdamppermeabilitéit ze reduzéieren. Verschidde Polysaccharide goufen dem Chitosan bäigefüügt fir d'Produktioun vu gemëschte Folien mat verbesserte Schlusseigenschaften fir Liewensmëttelapplikatiounen. Dorënner ass Stärke wéinst senge niddrege Käschten, breeder Disponibilitéit a biologesch ofbaubarkeet ee vun den heefegsten Polysacchariden, déi fir d'Produktioun vu Chitosan-baséierte Biofilmer proposéiert ginn.

Chitosan/Stärkefilmer weisen eng reduzéiert bakteriell Adhäsioun, exzellent Antioxidantaktivitéit a verbessert Waasserdampbarriäreigenschaften op Verpackungen, wat hir potenziell Gëeegentheet fir spezifesch Uwendungen demonstréiert. Verschidde Wëssenschaftler hunn d'Méiglechkeet ënnersicht, eng Cellulose/Chitosan-Mëschung ze preparéieren, fir déi mechanesch Eegeschafte vu purem Chitosan ze verbesseren.

Fëschindustrieoffäll weisen e grousst Potenzial als neit Rohmaterial fir d'Produktioun vu Biopolymeren a kënnen a verschiddene Beräicher benotzt ginn, haaptsächlech fir Liewensmëttelverpackungen. Déi méi héich Notzung vu Fëschoffäll huet wirtschaftlech Virdeeler, well se hëlleft d'Käschte fir eng sécher Offallentsuergung ze reduzéieren an en zousätzleche Wäert generéiert andeems verschidde Molekülle recycléiert ginn, déi wäertvoll kënne sinn. Zousätzlech bréngt de méi héije Wäert vu Fëschnebenprodukter eng Rei vun Ëmweltvirdeeler mat sech, déi aus der reduzéierter Deponie, der Verbrennung an der Entsuergung entstinn, déi eng eescht Verschwendung vu Ressourcen duerstellen, souwéi der Ersatz vu fossile Polymeren. Op dës Manéier kann d'Recycléiere vu Fëschoffäll e positiven Impakt op d'Ökosystemer an d'finanziell Rentabilitéit vun der Fëscherei hunn. Et gëtt erwaart, datt säin Impakt an de kommende Jore wäert zouhuelen.

De wichtegste Bäitrag vun dëser Iwwerpréiwung ass ze weisen, datt all Nieweprodukter aus der Fëscherei potenziell fir d'Entwécklung vu Bioraffinéierungstechnologien benotzt kënne ginn, am Verglach mat klassesche Pëtrolsraffinerien, déi mat Kuelestoff-baséierten Treibhausgasemissiounen verbonne sinn. Wéi gewisen, huet sech gewisen, datt Fibrofibrin, Kollagen, Gelatine, Chitin a Chitosan aus Muskelen, Viszeralen, Haut, Schuppen, Flossen oder Krustaceeschuelen den techneschen Ufuerderunge vun enger neier Generatioun vu Verpackungen, genannt Smart Packaging, erfëllen, déi d'Interaktioun tëscht Verpackung a Liewensmëttel oder Liewensmëttel an der Verpackungsatmosphär involvéiert. D'Zukunftsaussichten um Maart kënnen erwaart ginn!