Oziq-ovqat mahsulotlarini qadoqlash uchun bio-plastmassalarni tayyorlash uchun bio-asosli materiallar innovatsiyasi, tarozilar va boshqa baliq sanoati chiqindilari!

2019-yilda jahon baliq yetishtirish 177.8 million metrik tonnaga baholanmoqda va kelajakda sezilarli darajada oshishi kutilmoqda. Birlashgan Millatlar Tashkilotining 2030 yilgacha Barqaror rivojlanish kun tartibi va FAO tomonidan keng e'tirof etilganidek, baliqchilik va akvakultura oziq-ovqat xavfsizligi va ovqatlanishda muhim rol o'ynaydi. Baliq va dengiz mahsulotlarining 70% ga yaqini sotilishidan oldin qayta ishlanadi, buning natijasida boshni kesish, qobig'ini kesish, ichki organlarni aniqlash, aniqlash va o'lchov va fileto olib tashlash kabi ishlarda katta miqdordagi qattiq chiqindilar paydo bo'ladi.

Baliqchilikning qo'shimcha mahsulotlari odatda ichki organlar, mushak to'qimalari, tana go'shti, boshlar, qanotlar, teri, tarozi va suyaklarni o'z ichiga oladi, ular turiga qarab yangi vaznning 50-75 foizini tashkil qiladi. Misol uchun, qisqichbaqalar va filetalarni qayta ishlash deyarli 50% va 75% (og'irlik bo'yicha) chiqindilarni ishlab chiqaradi. Baliqchilik qoʻshimcha mahsulotining 20% ​​ga yaqini hayvonlar ozuqasida past qiymatli tarkibiy qismlar sifatida ishlatiladi, ularning koʻp qismi er bilan toʻldirilgan yoki yoqib yuboriladi, bu esa ekologik, sogʻliq va iqtisodiy yoʻqotishlarga olib keladi.

Shunday qilib, baliq chiqindilari innovatsion yondashuvlar va echimlarni talab qiladigan tobora ortib borayotgan muammodir. Shu maqsadda jahon miqyosida oziq-ovqat isrofgarchiligining oldini olishga qaratilgan qator loyihalar va chora-tadbirlar qabul qilingan. Ular orasida bio-plastmassalar uchun yangi xom ashyo sifatida baliq chiqindilari sezilarli iqtisodiy va ekologik afzalliklarga ega bo'lgan turli xil qo'llash sohalarida (asosan oziq-ovqat mahsulotlarini qadoqlash) tobora ko'proq e'tiborni tortdi.

Ular yog'lar, oqsillar, ranglar, biologik faol peptidlar, aminokislotalar, kollagen, xitin, jelatin kabi bir nechta potentsial qimmatli molekulalarni qayta ishlash orqali oziq-ovqat mahsulotiga aylantirilishi mumkin. Qadoqlash hali ham asosiy segment hisoblanadibioplastmassa ishlab chiqarish, 47 yilda bio-plastmassa bozorining 990,000% (2020 XNUMX tonna) ni tashkil etadi. Ushbu innovatsion yashil materiallar orasida oziq-ovqat mahsulotlarini qadoqlash ilovalari uchun qutulish mumkin bo'lgan / biologik parchalanadigan filmlar akademiya va sanoat tadqiqotchilarining e'tiborini tortdi.

Francesca Rioneto, Salento universitetining innovatsion muhandislik bo'limidan, Polimerlarda nashr etilgan. "Oziq-ovqat mahsulotlarini qadoqlashda baliq sanoati chiqindilaridan olingan biopolimerlarning so'nggi qo'llanilishi" sarlavhali maqolada baliq sanoati chiqindilarini baholashdagi so'nggi yutuqlar va bu qo'shimcha mahsulotlarni oziq-ovqat mahsulotlarini qadoqlash uchun bio-plastmassalarni tayyorlash uchun aylanma iqtisod yondashuvlarida qayta ishlatish potentsiali jamlangan.

1. Mushak oqsili
Mushak oqsillari eruvchanligiga ko'ra uchta keng toifaga bo'linadi: miogen fibrin, sarkoplazmatik oqsillar va matritsa oqsillari. Miofibrin skelet mushaklarining asosiy tarkibiy qismi bo'lib, umumiy mushak oqsilining taxminan 65-75% ni tashkil qiladi. Miofibrin tarkibiga miyozin va aktin kabi ba'zi qisqaruvchi oqsillar, protomyozin va troponin kabi tartibga soluvchi oqsillar va boshqa ikkilamchi oqsillar kiradi. Tuzilishi va lokalizatsiyasi tufayli miofibrinlar denaturatsiya sharoitlarini talab qiladi, masalan, eritilishi va ekstraktsiyasi yuqori ionli eritmalar.

Proteinlar ozuqaviy qiymati, toksik bo'lmagan, biologik parchalanadigan va gel hosil qilish qobiliyati tufayli oziq-ovqat sanoatida eng ko'p ishlatiladigan biomateriallardan biridir. So'nggi yillarda baliq matritsasi oqsillari va miogen fibrin suvda erimaydigan, ammo eritmaning pH darajasini sozlash orqali eritilishi mumkin bo'lgan yaxshi to'siqli gazlar, organik uchuvchi moddalar va lipid xususiyatlarga ega bo'lgan biologik parchalanadigan, qutulish mumkin bo'lgan plyonkalar hosil qilish qobiliyatiga katta e'tibor qaratilmoqda. Baliq mushak tolalari yoki mushak oqsillaridan tayyorlangan bu plyonkalar bir qator afzalliklarga ega: (i) PVXdan tayyorlangan tijorat qadoqlash plyonkalariga nisbatan mukammal UV to'sig'i; (ii) yaxshi kislorod va karbonat angidrid to'siqlari; (iii) ozgina shaffoflik; (iv) faol qadoqlash ishlab chiqarish salohiyati.

Ushbu plyonkalarning keng tarqalgan tijorat qo'llanilishini cheklaydigan asosiy kamchiliklar qattiqlik va past mexanik kuch bo'lib, bu nozik kino tarmog'idagi keng tarqalgan oqsil-oqsil zanjiri o'zaro ta'siri tufayli disulfid aloqalari, vodorod aloqalari va / yoki elektrostatik o'zaro ta'sirlar bilan yanada kuchaytiriladi. Ushbu muammoni bartaraf etish uchun biologik parchalanadigan plyonkalarga yuqori darajadagi plastifikatorlar (taxminan 40-60%) qo'shilishi mumkin, bu mo'rtlikni kamaytirish va oqsil-oqsil zanjirlari orasidagi kuchni kamaytirish orqali egiluvchanlik va qattiqlikni oshirish. Baliq fibrin membranalarining yana bir cheklovi suv bug'ining zaif to'sig'i bo'lib, u oqsillardagi aminokislotalarning yuqori hidrofilikligi va membranaga etarlicha moslashuvchanlikni berish uchun ko'p miqdordagi hidrofil plastifikatorlarning (masalan, glitserin va sorbitol) qo'shilishi bilan bog'liq. Kimyoviy o'zaro bog'lanish, elektron nurlar va gamma nurlanish kuchliroq va kamroq o'tkazuvchan plyonkalarni olishning samarali usullari ekanligi ma'lum qilindi.

2. Dengiz kollageni

Kollagen hayvonlarning eng keng tarqalgan oqsilidir, chunki u barcha biriktiruvchi to'qimalarda (ya'ni, teri, suyaklar, ligamentlar, tendonlar va xaftaga) va parenximali organlarning interstitsial to'qimalarida joylashgan.

Dengiz kollageni asosan baliq terisi, baliq suyaklari, qanotlari, tarozilari yoki meduzalar, dengiz kirpilari, dengiz yulduzlari yoki dengiz bodringlarining biriktiruvchi to'qimalaridan olinadi. Baliq terisi kollagenni olish uchun ishlatilgan, chunki uning quruq moddasining 70-80% kollagendir. Bundan tashqari, baliq tarozilari dengiz kollagenining yana bir istiqbolli va arzon manbai bo'lib, baliq sutining umumiy yillik og'irligining taxminan 4 foizini, taxminan 18-30 million tonnani tashkil qiladi. Baliq tarozida organik komponentlar (kollagen, yog ', lesitin, qattiq oqsil, turli vitaminlar va boshqalar) va noorganik komponentlar (gidroksiapatit, kaltsiy fosfat va boshqalar) mavjud.

Sutemizuvchilar kollageniga qaraganda, dengiz kollagenining molekulyar og'irligi o'xshash yoki biroz pastroq va denaturatsiya (erish) harorati pastroq, bu ko'pchilik baliqlar uchun taxminan 20-35 ° S ni tashkil qiladi, iliq suv turlaridan kollagen qiymatlari esa yuqoriroqdir. Termal barqarorlikni yaxshilash uchun tegishli o'zaro bog'liqlik muolajalari o'rganildi.

Koppola va boshqalarga ko'ra, baliqning qo'shimcha mahsulotlaridan olingan kollagenning quruq massasi 50% dan ko'proqqa yetishi mumkin. Bundan tashqari, baliqni qayta ishlash jarayonida yog'sizlantirish hech qanday hid va ta'mga kafolat bermaydi. Baliq tarozidan kollagenni kimyoviy usullar bilan ajratib olish uchun ko'pincha uzoq vaqt talab etiladi. Natijada, tadqiqotchilar baliq shkalasi kollagenini olish uchun mos jarayonga tobora ko'proq qiziqishmoqda.

Sutemizuvchilar kollageniga qaraganda, dengiz kollagenini diniy sabablarga ko'ra va mumkin bo'lgan yuqumli kasalliklarga ko'ra foydalanishda cheklovlar yo'q va shu bilan birga mukammal plyonka hosil qilish qobiliyati, biologik mosligi, past antijenikligi, yuqori biologik parchalanishi va hujayra o'sishi potentsialiga ega. Bu chiqindilar ekologik toza va arzon narxlardagi manba sifatida rivojlanishi mumkin. sog'lom oziq-ovqat, kosmetika va bio-tibbiyot kabi sohalar. O'zining yuqori suvni singdirish qobiliyati tufayli kollagen teksturalash, qalinlashtirish va jel hosil qilish uchun yaxshi nomzoddir. Bundan tashqari, u sirt harakati bilan bog'liq qiziqarli xususiyatlarga ega, jumladan emulsiya, ko'pik hosil bo'lishi, stabilizatsiya, yopishish va birlashish, himoya kolloid funktsiyasi va plyonka hosil qilish qobiliyati. Oziq-ovqatlarning reologik xususiyatlarini yaxshilash uchun oziq-ovqat qo'shimchasi sifatida ishlatilgan bo'lsa-da, dengiz kollagen hali to'liq ekspluatatsiya qilinmagan va uning qo'llanilishi sutemizuvchilar kollageniga qaraganda ancha past.

Qadoqlash sanoatida baliq kollagen plyonkasidan foydalanish past termal barqarorlik va nisbatan zaif mexanik xususiyatlar kabi ba'zi kamchiliklar bilan cheklangan. Bundan tashqari, kollagen gidroksil guruhlari bo'lgan hidrofilik polimerdir. Shuning uchun suv bug'lari plyonkadan osongina o'tadi. Ushbu cheklovlarni bartaraf etish uchun kollagenni boshqa biopolimerlar va bir nechta kimyoviy va fermentativ jarayonlar bilan aralashtirish kabi turli xil harakatlar amalga oshirildi. Masalan, Ahmad va boshqalar. charm kurtka terilaridan olingan kollagen va xitozan aralashmasidan foydalanib, plyonkaning bakteriostatik quvvati va bakteriostatik faolligi kuchayadi, lekin plyonkaning elastikligi yoki mo'rtligi ta'sir qiladi.

3. Baliq uchun yelim

Jelatin kollagenning qisman gidrolizlanishi va issiqlik bilan ishlov berish natijasida olingan denatüratsiyalangan oqsildir. U turli molekulyar og'irlikdagi oqsillar va polipeptidlar to'plamidan iborat bo'lib, ularning tarkibi asosan ota-ona kollageniga va ekstraktsiya jarayoniga bog'liq. Gidroliz jarayonida alohida kollagen zanjirlari orasidagi tabiiy molekulyar bog‘lar parchalanib, har birida kengaytirilgan chap spiral konformatsiyasiga ega bo‘lgan va 50-1000 ta aminokislotadan iborat bo‘lgan bir yoki ko‘p ipli polipeptidlar aralashmasi qoladi. Jelatinning ikki turi kislota gidrolizi va gidroksidi gidrolizi bilan olinadi, ya'ni A turi va B tipi.

Diniy muammolar va kasallikning odamlarga tarqalishining sog'lig'i bilan bog'liq tashvishlar tufayli baliq axlatidan jelatin olish va qo'llash keng qiziqish uyg'otdi. Jelatin oziq-ovqat, farmatsevtika va boshqa tegishli sohalarda ishlatilishi mumkin bo'lgan muhim jelleşme va kino hosil qiluvchi xususiyatlarga ega muhim sanoat biopolimeridir.

Yaxshi plyonka hosil qiluvchi xususiyatlari, arzonligi, biologik muvofiqligi va biologik parchalanishi tufayli baliq jelatini yaqinda an'anaviy biologik parchalanmaydigan polimerlar va boshqa sutemizuvchilarga asoslangan jelatinlarni almashtirish uchun faol oziq-ovqat qadoqlarida biologik parchalanadigan plyonkalarni tayyorlash uchun tavsiya etilgan. Ekstruziyaga asoslangan texnologiyada issiqlik va mexanik stressni qo'llash orqali jelatinni qayta ishlash oson. Moslashuvchanlikni oshirish uchun plastifikatorlar molekulyar suyuqlikni yaxshilaydigan ichki moylash materiallari sifatida ishlatiladi. Jelatin suvli eritmasi jelatin plyonkasini quyish yo'li bilan olinishi mumkin. Ular hidsiz, rangsiz, shaffof, suvda eriydi va oziq-ovqat mahsulotlarini qadoqlashda ishlatiladigan boshqa bio-asosli plyonkalarga qaraganda ancha moslashuvchan. Jelatinning erish nuqtasi tana haroratiga yaqin bo'lganligi sababli, oziq-ovqat plyonkalarini tayyorlash uchun jelatin asosidagi plyonkalardan foydalanish mumkin. Bundan tashqari, baliq jelatini antioksidantlar / antibakterial vositalar kabi kuchaytiruvchi funktsiyalarga ega bo'lgan biologik faol birikmalarning ajoyib matritsasi sifatida katta salohiyatga ega.

Suvga chidamliligi baliq jelatin plyonkasini namlikka chidamli biologik parchalanadigan polimer bilan ko'p qatlamli plyonkada namlik va kislorod to'siqni qatlami bilan maxsus qadoqlash va sharoitlarga optimallashtirilgan qatlam bilan laminatlash orqali yaxshilanadi. Matutsch va boshqalar. Ichki qatlam sifatida montmorillonit natriy plastiklashtiruvchi jelatin, tashqi qatlam sifatida o'zaro bog'langan dialdegid kraxmal va plastiklashtiruvchi jelatin plyonkasi bilan jelatin plyonkasining uchta qatlami issiq presslangan. Alohida qatlamlar bir-biri bilan kuchli vodorod aloqalari bilan o'zaro ta'sir qilishi mumkinligi sababli, ko'p qatlamli membranalar ixcham va bir xil mikro tuzilmalarni namoyish etadi. Xuddi shu mualliflar, shuningdek, poli-laktik kislota plyonkasi yuqori zichlikdagi polietilen yoki polivinilxlorid kabi boshqa tijorat polimerlariga qaraganda yuqori suv bug'lari o'tkazuvchanligi bilan tashqi qatlam vazifasini bajaradigan ko'p qatlamli strukturani tayyorladilar.

Oziq-ovqat mahsulotlarini qadoqlash uchun baliq elimining to'siqni, mexanik xususiyatlarini va issiqlik xususiyatlarini yaxshilashning yana bir istiqbolli usuli o'zaro bog'lanishga asoslangan. Xususan, Garavand va boshqalarni ko'rib chiqqanidek, tabiiy asosdagi o'zaro bog'lovchilar atrof-muhit va sog'liq muammolari hamda iqtisodiy masalalarni ko'rib chiqish uchun ko'proq e'tiborni tortdi. Liguori va boshqalar baliq jelatinini limon kislotasi bilan o'zaro bog'lash protokolini ishlab chiqdi. Qaytaruvchi shakar ishtirokida issiqlik bilan ishlov berish (Maillard reaktsiyasi deb ataladi) o'zaro bog'lanish jarayonlariga va tarmoq tuzilmalarining o'zgarishiga olib kelishi ko'rsatilgan. Yaqinda Maroufi va boshqalar baliq jelatinining K-karragenanning aldegid guruhi bilan kimyoviy o'zaro bog'lanishini ko'rsatdi.

4. Xitozanning oziq-ovqat mahsulotlarini qadoqlashda qo'llanilishi

Chitin tabiatda tsellyulozadan keyin ikkinchi eng keng tarqalgan biopolimer bo'lib, har yili taxminan 100 milliard tonna xitin ishlab chiqaradigan tartibli kristalli mikrotolalar shaklida qo'ziqorin hujayra devorida va plankton, qisqichbaqasimonlar va hasharotlar ekzoskeletida joylashgan chiziqli polimer, polisaxariddir.

Xitin va xitozan biopolimerlarining bio-mos keluvchi, toksik bo'lmagan va bio-funktsional xususiyatlari ularni oziq-ovqat mahsulotlarini qadoqlash uchun potentsial moslashtiradi. Xususan, qisqichbaqalardan olingan xitozan biopolimerlari odatda xavfsiz (GRAS) deb tan olingan. Chitosan esa boshqa biopolimerlarga qaraganda ancha arzon. Shunga qaramay, xitosanning ajoyib xususiyatlari uni oziq-ovqat mahsulotlarini qadoqlash uchun ko'proq moslashtiradi. Misol uchun, nonning saqlash muddatini uzaytirish muvaffaqiyatli taklif qilindi, chunki u mikroblarning ko'payishini oldini olish orqali kraxmalning qaytishini kechiktirishi ko'rsatilgan.

Tyliszczak va boshqalar xitozan plyonkalari qulupnayni ham saqlab qolishi mumkinligini ko'rsatdi. Bundan tashqari, Zakariya va boshqalar xitozan membranalari sabzavotlarning fizik xususiyatlaridagi o'zgarishlarni inhibe qilishini ko'rsatdi. Chitosan, shuningdek, u bilan qoplangan oziq-ovqat o'ramini ishlab chiqarish uchun ham ishlatilishi mumkin va shu bilan mikroorganizmlarning rivojlanishini kechiktiradi. Oziq-ovqat mahsulotlarini qadoqlash uchun xitozan plyonkalarining ish faoliyatini yaxshilash strategiyasi baliq jelatin plyonkalari uchun ishlatiladigan strategiya bilan deyarli bir xil. Aslida, polimer aralashmalarini ishlab chiqish mexanik xususiyatlarni yaxshilash va suvda eruvchanligi va suv bug'ining o'tkazuvchanligini kamaytirishning samarali usuli hisoblanadi. Oziq-ovqat mahsulotlarini qo'llash uchun yaxshilangan yakuniy xususiyatlarga ega aralash plyonkalarni ishlab chiqarish uchun xitosanga bir nechta polisaxaridlar qo'shilgan. Ular orasida arzonligi, keng mavjudligi va biologik parchalanishi tufayli kraxmal xitozan asosidagi biofilmlarni ishlab chiqarish uchun tavsiya etilgan eng keng tarqalgan polisaxaridlardan biridir.

Xitosan/kraxmalli plyonkalar qadoqdagi bakterial adezyonni, mukammal antioksidant faollikni va suv bug'ining to'siqni xususiyatlarini oshiradi, shuning uchun ularning muayyan ilovalar uchun potentsial yaroqliligini namoyish etadi. Bir qancha olimlar sof xitosanning mexanik xususiyatlarini yaxshilash uchun tsellyuloza/xitozan aralashmasini tayyorlash imkoniyatini o'rgandilar.

Baliq sanoat chiqindilari bio-polimer ishlab chiqarish uchun yangi xom ashyo sifatida katta salohiyatga ega va turli dastur sohalarida, asosan oziq-ovqat mahsulotlarini qadoqlashda qo'llanilishi mumkin. Baliq chiqindilaridan qo'shimcha qiymatdan foydalanish iqtisodiy afzalliklarga ega, chunki u xavfsiz chiqindilarni yo'q qilish xarajatlarini kamaytirishga yordam beradi va qimmatli bo'lishi mumkin bo'lgan bir nechta molekulalarni qayta ishlash orqali qo'shimcha qiymat hosil qiladi. Bundan tashqari, baliq qo'shimcha mahsulotining qo'shilgan qiymati erni to'ldirish, yoqish va utilizatsiya qilishning qisqarishidan kelib chiqadigan bir qator ekologik afzalliklarni keltirib chiqaradi, bu esa resurslarning jiddiy isrof qilinishiga olib keladi, shuningdek, qazib olinadigan polimerlar bilan almashtiriladi. Shunday qilib, baliqchilik chiqindilarini qayta ishlash ekotizimlarga va baliqchilikning moliyaviy barqarorligiga ijobiy ta'sir ko'rsatishi mumkin. Kelgusi yillarda uning ta'siri kuchayishi kutilmoqda.

Ushbu ko'rib chiqishning asosiy hissasi barcha baliqchilik qo'shimcha mahsulotlardan uglerodga asoslangan issiqxona gazlari chiqindilari bilan bog'liq klassik neftni qayta ishlash zavodlariga nisbatan bio-qayta ishlash texnologiyalarini ishlab chiqish uchun potentsial foydalanish mumkinligini ko'rsatishdir. Ko'rsatilganidek, mushaklar, visseral, teri, tarozilar, qanotlar yoki qisqichbaqasimon qobiqlardan olingan fibro-fibrin, kollagen, jelatin, xitin, xitozan qadoqlash va oziq-ovqat yoki oziq-ovqat mahsulotlari o'rtasidagi o'zaro ta'sirni o'z ichiga olgan aqlli qadoqlash deb ataladigan yangi avlodning texnik talablariga javob berishi ko'rsatilgan. Bozorning kelajakdagi istiqbollarini kutish mumkin!