Inovasi bahan berbasis bio, sisik sareng limbah industri lauk sanésna pikeun ngadamel bio-plastik pikeun kemasan kadaharan!

Produksi lauk dunya dina taun 2019 diperkirakeun 177.8 juta métrik ton sareng diperkirakeun bakal ningkat sacara signifikan di hareup. Sakumaha anu diakui sacara lega ku Agenda PBB 2030 pikeun Pangwangunan Berkelanjutan sareng FAO, perikanan sareng budidaya maénkeun peran penting dina kaamanan pangan sareng nutrisi. Sakitar 70% lauk sareng kadaharan ti laut diolah sateuacan dijual, anu ngahasilkeun seueur runtah padet dina kagiatan sapertos pemenggalan sirah, peeling, de-jeroan, define and scaling, sareng panyabutan fillet.

Produk sampingan perikanan biasana ngawengku organ internal, jaringan otot, bangkai, sirah, sirip, kulit, sisik sareng tulang, anu ngawangun sakitar 50 dugi ka 75 persén tina beurat seger, gumantung kana spésiésna. Salaku conto, pangolahan hurang sareng fillet ngahasilkeun ampir 50% sareng 75% (dumasar beurat) runtah. Sakitar 20% tina produk sampingan perikanan dianggo salaku bahan anu murah dina pakan ternak, anu kaseueuran dieusi ku lahan atanapi dibeuleum, anu nyababkeun karugian lingkungan, kaséhatan sareng ékonomi.

Ku kituna, runtah lauk mangrupikeun masalah anu terus ningkat anu meryogikeun pendekatan sareng solusi anu inovatif. Pikeun tujuan ieu, sababaraha proyék sareng ukuran parantos diadopsi sacara global pikeun nyegah runtah dahareun. Di antarana, runtah lauk salaku bahan baku anyar pikeun bio-plastik parantos narik perhatian anu langkung seueur dina rupa-rupa widang aplikasi (utamina kemasan dahareun), kalayan kaunggulan ékonomi sareng lingkungan anu signifikan.

Éta tiasa didamel janten bungkus kadaharan ku cara ngadaur ulang sababaraha molekul anu berpotensi berharga kalebet minyak, protéin, warna, péptida bio-aktif, asam amino, kolagén, kitin, gelatin. Bungkusan masih dianggap salaku bagian utama tinaproduksi bio-plastik, ngawakilan 47% (990,000 ton) tina pasar bio-plastik dina taun 2020. Di antara bahan héjo inovatif ieu, pilem anu tiasa didahar/diuraikeun sacara biologis pikeun aplikasi kemasan dahareun parantos narik perhatian para panaliti di akademisi sareng industri.

Francesca Rioneto, ti Departemen Téknik Inovasi di Universitas Salento, diterbitkeun dina Polimer. Artikel ringkesan, anu judulna 'Aplikasi Anyar Bio-polimer tina Limbah Industri Lauk dina Bungkusan Kadaharan', ngaruntuykeun kamajuan anyar dina valuasi limbah tina industri lauk sareng poténsi pikeun ngagunakeun deui produk sampingan ieu dina pendekatan ékonomi sirkular pikeun persiapan bio-plastik pikeun bungkusan dahareun.

1. Protéin otot
Protéin otot dibagi kana tilu kategori lega dumasar kana kalarutanana: fibrin miogenik, protéin sarkoplasma, sareng protéin matriks. Miofibrin mangrupikeun komponén utama otot rangka, anu ngawangun sakitar 65-75% tina total protéin otot. Miofibrin ngawengku sababaraha protéin kontraktil, sapertos miosin sareng aktin, protéin pangaturan sapertos protomyosin sareng troponin, sareng protéin sekundér anu sanés. Kusabab struktur sareng lokalisasina, miofibrin meryogikeun kaayaan dénaturasi, sapertos larutan kakuatan ionik anu luhur pikeun dilarutkeun sareng diekstrak.

Protéin mangrupikeun salah sahiji bio-bahan anu paling umum dianggo dina industri pangan kusabab nilai gizi, henteu toksik, biodegradable sareng kamampuan ngabentuk gél. Dina sababaraha taun ka pengker, protéin matriks lauk sareng fibrin myogen parantos nampi seueur perhatian pikeun kamampuanna pikeun ngabentuk pilem anu tiasa didahar biodegradable kalayan gas panghalang anu saé, volatil organik sareng sipat lipid anu henteu leyur dina cai tapi tiasa leyur ku cara nyaluyukeun pH larutan. Pilem ieu anu didamel tina fibril otot lauk atanapi protéin otot ngagaduhan sababaraha kaunggulan: (i) Panghalang UV anu saé dibandingkeun sareng pilem kemasan komérsial anu didamel tina PVC; (ii) panghalang oksigén sareng karbon dioksida anu saé; (iii) transparansi sakedik; (iv) poténsi pikeun produksi kemasan aktif.

Kakurangan utama anu ngawatesan aplikasi komérsial anu nyebar tina pilem ieu nyaéta kaku sareng kakuatan mékanis anu handap, anu langkung ditingkatkeun ku beungkeut disulfida, beungkeut hidrogén, sareng / atanapi interaksi éléktrostatik kusabab interaksi ranté protéin-protéin anu éksténsif dina jaringan pilem ipis. Pikeun ngungkulan masalah ieu, tingkat plasticizer anu luhur (sakitar 40-60%) tiasa ditambihkeun kana pilem anu tiasa diuraikeun sacara biologis pikeun ngirangan kerapuhan sareng ningkatkeun daktilitas sareng kateguhan ku cara ngirangan gaya antara ranté protéin-protéin. Watesan séjén tina mémbran fibrin lauk nyaéta panghalang uap cai anu goréng, anu disababkeun ku hidrofilisitas asam amino anu luhur dina protéin sareng panambahan sajumlah ageung plasticizer hidrofilik (sapertos gliserol sareng sorbitol) pikeun masihan mémbran kalenturan anu cekap. Crosslinking kimiawi, sinar éléktron, sareng radiasi gamma parantos dilaporkeun janten metode anu efektif pikeun kéngingkeun pilem anu langkung kuat sareng kirang permeabel.

2. Kolagén laut

Kolagén nyaéta protéin sasatoan anu paling umum sabab kapanggih dina sadaya jaringan konéktif (nyaéta, kulit, tulang, ligamén, tendon sareng tulang rawan) sareng jaringan interstitial organ parenkim.

Kolagén laut utamana diekstrak tina kulit lauk, tulang lauk, sirip, sisik atanapi jaringan konéktif ubur-ubur, bulu babi, béntang laut atanapi bonténg laut. Kulit lauk parantos dianggo pikeun ngekstrak kolagén sabab 70-80% tina bahan garingna nyaéta kolagén. Salian ti éta, sisik lauk mangrupikeun sumber kolagén laut anu ngajangjikeun sareng murah, sakitar 4% tina total beurat jeroan lauk taunan, sakitar 18-30 juta ton. Sisik lauk ngandung komponén organik (kolagén, lemak, lesitin, protéin teuas, rupa-rupa vitamin, jsb.) sareng komponén anorganik (hidroksiapatit, kalsium fosfat, jsb.).

Dibandingkeun sareng kolagén mamalia, kolagén laut ngagaduhan beurat molekul anu sami atanapi rada handap sareng suhu denaturasi (lééh) anu langkung handap, nyaéta sakitar 20-35°C pikeun kalolobaan lauk, sedengkeun nilai kolagén tina spésiés cai haneut langkung luhur. Pikeun ningkatkeun stabilitas termal, perlakuan crosslinking anu cocog parantos ditalungtik.

Numutkeun Coppola jsb., massa garing kolagén anu diekstrak tina produk sampingan lauk tiasa ngahontal langkung ti 50%. Salian ti éta, ngaleungitkeun gajih nalika ngolah lauk ngajamin teu aya bau atanapi rasa. Seringna peryogi waktos anu lami pikeun ngekstrak kolagén tina sisik lauk ku metode kimia. Hasilna, para panaliti beuki resep kana prosés anu cocog pikeun ngekstrak kolagén sisik lauk.

Dibandingkeun sareng kolagén mamalia, kolagén laut teu gaduh larangan dina panggunaan pikeun alesan agama sareng kamungkinan panyakit tepa, sareng dina waktos anu sami gaduh kapasitas ngabentuk pilem anu saé, biokompatibilitas, antigenisitas anu handap, biodegradabilitas anu luhur sareng poténsi kamekaran sél. Limbah ieu gaduh poténsi pikeun dikembangkeun salaku sumber kolagén anu ramah lingkungan sareng murah kalayan seueur aplikasi poténsial salaku pamawa ubar / pangiriman atanapi balutan tatu dina sababaraha widang sapertos katuangan kaséhatan, kosmétik sareng bio-médis. Kusabab kapasitas nyerep cai anu luhur, kolagén mangrupikeun calon anu saé pikeun téksturisasi, pangentel, sareng formasi gél. Salaku tambahan, éta gaduh sipat anu pikaresepeun anu aya hubunganana sareng paripolah permukaan, kalebet émulsi, formasi busa, stabilisasi, adhesi sareng kohési, fungsi koloid pelindung sareng kamampuan ngabentuk pilem. Sanaos parantos dianggo salaku aditif katuangan pikeun ningkatkeun sipat réologis katuangan, kolagén laut tacan dieksploitasi sapinuhna sareng aplikasi na jauh langkung handap tibatan kolagén mamalia.

Panggunaan pilem kolagén lauk dina industri kemasan diwatesan ku sababaraha kalemahan, sapertos stabilitas termal anu handap sareng sipat mékanis anu relatif goréng. Salian ti éta, kolagén mangrupikeun polimér hidrofilik kalayan gugus hidroksil. Ku kituna, uap cai gampang ngaliwat pilem. Pikeun ngungkulan watesan ieu, rupa-rupa usaha parantos dilakukeun, kalebet nyampur kolagén sareng biopolimer sanés sareng sababaraha prosés kimia sareng énzimatik. Salaku conto, Ahmed et al. nganggo campuran kolagén sareng kitosan anu diekstrak tina kulit jaket kulit, kapasitas baktériostatik sareng aktivitas baktériostatik pilem ningkat, tapi élastisitas atanapi kerapuhan pilem kapangaruhan.

3. Lem lauk

Gelatin nyaéta protéin anu didenaturasi anu asalna tina hidrolisis parsial sareng perlakuan panas kolagén. Ieu diwangun ku sakumpulan protéin sareng polipéptida kalayan beurat molekul anu béda-béda, komposisina utamina gumantung kana kolagén induk sareng prosedur ékstraksi. Salila hidrolisis, beungkeut molekul alami antara ranté kolagén individu dipecah, nyésakeun campuran polipéptida untaian tunggal atanapi multi-untaian, masing-masing kalayan konformasi heliks kénca anu manjang sareng ngandung 50-1000 asam amino. Dua jinis gelatin diala ku hidrolisis asam sareng hidrolisis alkali, nyaéta tipe A sareng tipe B.

Kusabab masalah agama sareng perhatian ngeunaan kaséhatan panyebaran panyakit ka manusa, ékstraksi sareng aplikasi gelatin tina tai lauk parantos nimbulkeun minat anu lega. Gelatin mangrupikeun bio-polimer industri anu penting kalayan sipat ngabentuk gél sareng pilem anu signifikan anu tiasa dianggo dina dahareun, farmasi sareng widang anu aya hubunganana.

Kusabab sipatna anu saé pikeun ngabentuk pilem, hargana murah, biokompatibilitas sareng biodegradabilitas, gelatin lauk nembe disarankeun pikeun nyiapkeun pilem biodegradable dina kemasan dahareun aktif pikeun ngagentos polimér tradisional anu henteu biodegradable sareng gelatin berbasis mamalia anu sanés. Ku cara nerapkeun panas sareng setrés mékanis dina téknologi berbasis ékstrusi, gelatin gampang diprosés. Pikeun ningkatkeun kalenturan, plasticizer dianggo salaku pelumas internal, anu ningkatkeun fluiditas molekuler. Leyuran cai gelatin tiasa diala ku cara ngecor pilem gelatin. Éta henteu bau, henteu warnaan, transparan, leyur dina cai, sareng langkung fleksibel tibatan pilem berbasis bio anu sanés anu dianggo dina kemasan dahareun. Kusabab titik lebur gelatin caket kana suhu awak, pilem berbasis gelatin tiasa dianggo pikeun nyiapkeun pilem anu tiasa didahar. Salaku tambahan, gelatin lauk parantos nunjukkeun poténsi anu ageung salaku matriks sanyawa bio-aktif anu saé kalayan fungsi anu ningkatkeun, sapertos antioksidan / agén antibakteri.

Résistansi cai ningkat ku cara ngalamina pilem gelatin lauk nganggo polimér biodegradable anu tahan lembab dina pilem multi-lapisan kalayan lapisan panghalang Uap sareng oksigén anu dioptimalkeun pikeun kemasan sareng kaayaan khusus. Matutsch jsb. Kalayan gelatin plastisisasi natrium montmorillonite salaku lapisan jero, aci dialdehida cross-linked sareng pilem gelatin plastisisasi salaku lapisan luar, tilu lapisan pilem gelatin dipencet panas. Kusabab lapisan individu tiasa silih berinteraksi kalayan beungkeut hidrogén anu kuat, mémbran multi-lapisan nunjukkeun mikro-struktur anu kompak sareng seragam. Panulis anu sami ogé nyiapkeun struktur multi-lapisan dimana pilem asam poli-laktat bertindak salaku lapisan luar kalayan permeabilitas uap cai anu langkung luhur tibatan polimér komérsial sanés sapertos polietilen kapadetan tinggi atanapi polivinil klorida.

Cara séjén anu ngajangjikeun pikeun ningkatkeun sipat panghalang, sipat mékanis, sareng sipat termal lem lauk pikeun kemasan dahareun nyaéta dumasar kana crosslinking. Khususna, sapertos anu diulas ku Garavand jsb., crosslinker anu didasarkeun sacara alami parantos narik langkung seueur perhatian pikeun mertimbangkeun masalah lingkungan sareng kaséhatan ogé masalah ékonomi. Liguori jsb. ngembangkeun protokol pikeun crosslinking gelatin lauk sareng asam sitrat. Perlakuan panas kalayan ayana gula pangurang (disebut réaksi Maillard) parantos dipidangkeun nyababkeun prosés crosslinking sareng ngarobih struktur jaringan. Anyar-anyar ieu, Maroufi jsb. nunjukkeun crosslinking kimiawi gelatin lauk sareng gugus aldehida K-karagenan.

4. Aplikasi kitosan dina kemasan kadaharan

Kitin, bio-polimer kadua panglobana di alam saatos selulosa, nyaéta polimér linier, polisakarida, anu aya dina témbok sél jamur sareng dina plankton, krustasea sareng éksoskeleton serangga, dina bentuk serat mikro kristal anu teratur anu ngahasilkeun sakitar 100 milyar ton kitin per taun.

Sipat bio-kompatibel, non-toksik, sareng bio-fungsional tina bio-polimer kitin sareng kitosan ngajantenkeun éta poténsial cocog pikeun aplikasi kemasan dahareun. Khususna, bio-polimer kitosan anu diekstrak tina hurang parantos ditangtukeun sateuacanna salaku sacara umum dikenal salaku Aman (GRAS). Kitosan, di sisi anu sanés, langkung mirah dibandingkeun sareng bio-polimer anu sanés. Nanging, sipat kitosan anu saé ngajantenkeun langkung cocog pikeun aplikasi kemasan dahareun. Salaku conto, éta suksés diusulkeun pikeun manjangkeun umur simpan roti sabab parantos dipidangkeun tiasa ngalambatkeun mulangna aci ku cara nyegah pertumbuhan mikroba.

Tyliszczak jsb. nunjukkeun yén pilem kitosan ogé tiasa ngawétkeun stroberi. Salian ti éta, Zakaria jsb. nunjukkeun yén mémbran kitosan ngahambat parobahan dina sipat fisik sayuran. Kitosan ogé tiasa dianggo pikeun ngahasilkeun bungkus dahareun anu dilapis ku éta, sahingga ngalambatkeun kamekaran mikroorganisme. Strategi pikeun ningkatkeun kinerja pilem kitosan pikeun bungkus dahareun ampir sami sareng anu dianggo pikeun pilem gelatin lauk. Nyatana, pamekaran campuran polimér ngagambarkeun cara anu efektif pikeun ningkatkeun sipat mékanis sareng ngirangan kalarutan cai sareng permeabilitas uap cai. Sababaraha polisakarida parantos ditambahkeun kana kitosan pikeun produksi pilem campuran kalayan sipat ahir anu ditingkatkeun pikeun aplikasi dahareun. Di antarana, kusabab biaya anu murah, kasadiaan anu lega sareng biodegradabilitas, aci mangrupikeun salah sahiji polisakarida anu paling umum anu diusulkeun pikeun produksi biofilm dumasar kitosan.

Pilem kitosan/pati nunjukkeun adhesi baktéri anu kirang, aktivitas antioksidan anu saé pisan sareng ningkatna sipat panghalang uap cai dina kemasan, sahingga nunjukkeun poténsi kasaluyuanana pikeun aplikasi khusus. Sababaraha élmuwan parantos nalungtik kamungkinan nyiapkeun campuran selulosa/kitosan pikeun ningkatkeun sipat mékanis kitosan murni.

Limbah industri lauk nunjukkeun poténsi anu ageung salaku bahan baku anyar pikeun produksi bio-polimer sareng tiasa dianggo dina rupa-rupa widang aplikasi, utamina kemasan dahareun. Pemanfaatan nilai tambah tina limbah lauk ngagaduhan kaunggulan ékonomi sabab ngabantosan ngirangan biaya pembuangan limbah anu aman sareng ngahasilkeun nilai tambahan ku cara ngadaur ulang sababaraha molekul anu tiasa berharga. Salian ti éta, nilai tambah tina produk sampingan lauk mawa sababaraha kaunggulan lingkungan anu asalna tina ngirangan pangurangan lahan, pembakaran sareng pembuangan, anu mangrupikeun runtah sumber daya anu serius, ogé substitusi tina polimér berbasis fosil. Ku cara kieu, daur ulang limbah perikanan tiasa gaduh dampak positip kana ékosistem sareng kelangsungan kauangan perikanan. Dampakna diperkirakeun bakal ningkat dina taun-taun anu bakal datang.

Kontribusi utama tina ulasan ieu nyaéta pikeun nunjukkeun yén sadaya produk sampingan perikanan sacara poténsial tiasa dianggo pikeun ngembangkeun téknologi bio-panyulingan dibandingkeun sareng kilang minyak bumi klasik anu aya hubunganana sareng émisi gas rumah kaca berbasis karbon. Sakumaha anu dipidangkeun, fibro-fibrin, kolagén, gelatin, kitin, kitosan tina otot, visceral, kulit, sisik, sirip atanapi cangkang krustasea parantos dipidangkeun pikeun minuhan sarat téknis tina generasi énggal kemasan, anu disebut kemasan pinter, anu ngalibatkeun interaksi antara kemasan sareng katuangan atanapi katuangan di jero atmosfir kemasan. Prospek pasar ka hareup tiasa dipiharep!