Öko

Im atlantischen Kanada ist die Schneekrabbe (Chionoecetes opilio) die wichtigste kommerzielle Art für die Fischerei und die ländliche Wirtschaft, mit einem Exportwert von ca. 1,3 Milliarden CAD im Jahr 2021 (960 Millionen US-Dollar) und jährlichen Anlandungen von 76.828 Tonnen (MT). . Schneekrabben werden in erster Linie als einzeln schnell gefrorene (IQF) gekochte Abschnitte verarbeitet, wodurch 25 bis 30 Prozent (~20.000 Tonnen pro Jahr) Abfall entstehen, der aus Panzer (Cephalothorax-Schalen), Eingeweiden und Hepatopankreas, Hämolymphe, Fleischresten und Kiemen besteht.

Abfälle aus der Krustentierverarbeitung enthalten wertvolle Produkte, darunter Proteine, Lipide, Astaxanthin, organische Säuren, essentielle Aminosäuren, Chitin und Kalzium. Im atlantischen Kanada werden Abfälle aus der Verarbeitung von Schneekrabben derzeit nicht kommerziell genutzt, könnten jedoch möglicherweise als Nebenprodukt aus Schlachthöfen von Verarbeitungsbetrieben zurückgewonnen und in biologische Zwischenprodukte (Krabbenmehl, Proteine, Lipide, Asche, Chitin, Pigmente) umgewandelt oder umgewandelt werden in höherwertige Bioprodukte (Chitosan, Peptide, Omega-3, Astaxanthin und Meereskalzium).

Diese Bioprodukte haben ein breites Anwendungsspektrum in verschiedenen Bereichen wie Landwirtschaft, Aquakultur, Biopharma, Biomedizin, Kosmetik, Umwelt, Lebensmittelwissenschaft und -technologie sowie Gesundheit und Ernährung. Während die meisten Abfälle aus der Krabbenverarbeitung mit Genehmigung auf Mülldeponien oder im Meer versenkt werden, werden die Umweltauflagen immer strenger, was es für die Verarbeiter schwieriger und kostspieliger macht, diese Art der Abfallentsorgung fortzusetzen (Kommunikation des Personals mit Interessenvertretern der Industrie).

Darüber hinaus erfordern viele der Prozesse zur Aufwertung von Krustentieren gefährliche chemische Behandlungen mit anorganischen Säuren wie Salzsäure (HCl), starken Laugen und organischen Lösungsmitteln wie Hexan und Ethanol, was andere Umweltprobleme wie Luft- und Wasserverschmutzung aufwirft Gesundheits- und Sicherheitsbedenken der Arbeitnehmer.

Dieser Artikel – zusammengefasst aus demOriginalveröffentlichung(Burke, HJ und F. Kerton. 2023. Sequential Extraction of Valuable Bio-Products from Snow Crab (Chionoecetes opilio) Processing Discards Using Eco-Friendly Methods. Mar. Drugs 2023, 21(6), 366) – bewertete einige einfache grüne Technologien zur Gewinnung von Bio-Zwischenprodukten in großen Mengen aus ungetrennten Rückständen der Schneekrabbenverarbeitung.

Abfälle aus der Krabbenverarbeitung wurden im Mai 2021 in einer Verarbeitungsanlage in Bay de Verde, Neufundland, Kanada, eingesammelt. Nach der Aufbereitung und Stabilisierung der Krabbenabfälle wurde dieser Rohstoff durch eine Kombination aus mechanischen, enzymatischen und grünen chemischen Behandlungen zur Extraktion von Carotinoiden, Proteinen und Chitin verwendet.

Hauptziele bestanden darin, den Einsatz gefährlicher chemischer Lösungsmittel zu vermeiden und eine möglichst 100-prozentige umweltfreundliche Extraktion durchzuführen, um die bei der Schneekrabbenverarbeitung anfallenden Abfälle aufzuwerten. In diesem Zusammenhang wurde anorganische Salzsäure durch lebensmitteltaugliche Zitronensäure zur Schalenentmineralisierung, Natriumhydroxid durch lebensmitteltaugliche Proteaseenzyme zur Schalendeproteinierung und organische Lösungsmittel (z. B. Ethanol, Hexan, Aceton) durch lebensmitteltaugliche ersetzt Pflanzenöle und biologisch abbaubares Wasserstoffperoxid zur Pigmentrückgewinnung bzw. Chitin-Entfärbung.

Detaillierte Informationen zur Probenentnahme, -verarbeitung und -analyse finden Sie in der Originalveröffentlichung.

Meeresfrüchte-Nebenprodukte locken eine neue Welle von Innovatoren an

In dieser Studie wurde versucht, nacheinander Carotinoidpigmente, pigmentiertes Proteinpulver und Chitin aus ungetrennten Nebenprodukten der Krabbenverarbeitung zu extrahieren, um die Rohstoffsammlung zu erleichtern, was für die Industrie ein wichtiger Gesichtspunkt ist. Die Ergebnisse zum Protein-, Asche-, Lipid- und Chitingehalt unserer Verarbeitungsabfälle aus Schneekrabben sind mit denen anderer Forschungsstudien vergleichbar. Der Astaxanthingehalt unserer ungetrennten Proben ist jedoch viel niedriger als der für getrennte Krabbennebenprodukte wie Krabbenschalenrücken. Dies deutet darauf hin, dass die Abtrennung von Krebsnebenprodukten in der Verarbeitungsanlage erforderlich sein könnte, insbesondere wenn die Pigmentrückgewinnung Priorität hat.

Herkömmliche Technologien, die organische und anorganische Lösungsmittel verwenden, wie an anderer Stelle für die Extraktion von Krustentier-Bioprodukten wie Astaxanthin beschrieben, können teuer und unflexibel sein und strukturelle Veränderungen bei wertvollen Verbindungen verursachen, die zu einem Verlust der Funktionalität oder einer Verringerung des Nährwerts führen. Eine vielversprechende Alternative zur Gewinnung von Astaxanthin ist die Verwendung von Speiseölen, da Astaxanthin öllöslich ist. Speiseöle können das Pigment auch vor Oxidation schützen und als Pigmentträger und Energiequelle in Aquakulturfutter fungieren. Frühere Studien mit Pflanzenölalternativen berichteten jedoch über geringere Ausbeuten an Carotinoiden aus Krustentierverarbeitungsabfällen als mit organischen Lösungsmitteln, was möglicherweise auf die hohe Viskosität von Pflanzenölen zurückzuführen ist, die zu einer geringeren Diffusionsfähigkeit führt, und auf einen Mangel an umfassenden Studien zur wirksamen Extraktion hindeutet Methoden und optimierte Verarbeitungsbedingungen unter Verwendung von Pflanzenöllösungsmitteln.

Um einen Abbau der Carotinoidpigmente zu vermeiden, haben wir uns entschieden, vor der Protein- und Chitinextraktion eine direkte Pigmentextraktion unter Verwendung von Pflanzenölen aus Abfällen der Krabbenverarbeitung durchzuführen. Unter Verwendung eines einstufigen Extraktionsverfahrens mit einem 1:1 (Gewicht/Volumen, w/v) Abfallöl und Erhitzen auf 60 °C für 2 Stunden erreichten wir eine Astaxanthin-Ausbeute von 24,85, 31,23 und 37,93 Prozent mit Sonnenblumenöl und Rapsöl bzw. Maisöl. In unserer Studie wurde als einzige Variable die Art des zur Extraktion verwendeten Pflanzenöls ausgewertet.

Allerdings können viele Faktoren die Optimierung der Pigmentextraktion beeinflussen (z. B. Zeit, Temperatur, Lösungsmittelviskosität, Partikelgröße). Weitere Untersuchungen zur Verwendung von Mais- und Rapsölen als Lösungsmittel für die Pigmentextraktion und -rückgewinnung werden empfohlen und sollten sich auf (1) die Optimierung des Krabben-Öl-Verhältnisses konzentrieren; (2) Vergleich von ein- und mehrstufigen Extraktionsprozessen; (3) Bestimmung der Auswirkungen von Feuchtigkeit, Partikelgröße, Zeit und Temperatur auf die Pigmentrückgewinnung; und (4) Bestimmen der Wirkung der Verwendung von Co-Lösungsmittelmischungen wie Pflanzenöl und Ethanol zur Verringerung der Viskosität. Sojaöl stand für diese Studie nicht zur Verfügung, könnte aber aufgrund der früheren Erfolge, die andere Forscher bei der Extraktion von Astaxanthin aus Abfällen von Langustenschalen festgestellt hatten, einer weiteren Untersuchung wert sein.

Der hohe Gehalt an Proteinen (~51 Prozent), Lipiden (~16–25 Prozent) und Astaxanthin (33,8–39,6 Mikrogramm pro Gramm) sowie der niedrige Aschegehalt (<1 Prozent) der Protein-Pigment-Pulver könnten sie für den Einsatz geeignet machen in Aquakulturfuttermitteln und Geflügelfuttermitteln. Allerdings ist eine weitere Charakterisierung der Proteinpulver erforderlich, einschließlich des Chitingehalts, der Aminosäure- und Fettsäureprofile sowie der Schwermetalle, um die Nährwertqualität zu bestätigen.

In einer früheren Studie haben wir festgestellt, dass Krabbenmehlpulver einen niedrigen Gehalt an zwei essentiellen Aminosäuren aufweist – Methionin und Lysin. Daher enthält das Krabbenproteinpulver wahrscheinlich nur wenige dieser Aminosäuren. Wir stellten außerdem fest, dass Krabbenmehl und enzymatisch gewonnene Proteinhydrolysate einen hohen Arsengehalt aufwiesen und die gesetzlichen Grenzwerte für die Verwendung in Futtermitteln, Lebensmitteln und natürlichen Gesundheitsprodukten übertrafen. Daher wird die Prüfung auf Schwermetalle ein wichtiger Qualitätsparameter sein, der einer weiteren Bewertung bedarf.

Es ist nicht bekannt, ob der hohe Lipidgehalt der Proteinpulver auf die Behandlung mit Pflanzenöl oder auf natürlich im Rohmaterial enthaltenes Krabbenöl zurückzuführen ist. Der Lipidgehalt in den Pulvern entspricht 26,68–42,94 Prozent (Gewicht/Gewicht) des ursprünglichen Lipidgehalts in den Krabbennebenprodukten, wobei die mit Maisöl behandelte Probe den niedrigsten Prozentsatz aufwies. Die weitere Charakterisierung der pigmentierten Proteinpulver wird ein Schlüsselfaktor für die weitere Identifizierung von Möglichkeiten für kommerzielle Anwendungen sein.

Plastik 2.Ocean: Meeresfrüchteverpackung, hergestellt aus Schalentieren

Der in dieser Studie verwendete zweistufige Zitronensäureprozess entfernte effektiv 94–98 Prozent des Mineralstoffgehalts aus den Krabbenschalen; Eine vollständige Entmineralisierung wurde jedoch nicht erreicht. Eine etwas höhere Säurekonzentration oder ein niedrigerer pH-Wert (pH < 3) und ein höheres Verhältnis von Säure zu Schalen sind erforderlich, um den Aschegehalt der Schneekrabbenschalen auf < 1 Prozent zu senken. Vorläufige Ergebnisse sind ein guter Hinweis darauf, dass Zitronensäure HCl als grünes Lösungsmittel für die Demineralisierung von Krabbenschalen wirksam ersetzen kann. Daher werden weitere Untersuchungen zur Optimierung eines zweistufigen Entmineralisierungsprozesses mit Zitronensäure für die Nebenprodukte der Schneekrabbe empfohlen.

Ein Vergleich des grün extrahierten Chitins mit dem chemisch extrahierten Chitin zeigt, dass der Prozentsatz an Chitin (16–20 Prozent Trockengewichtsbasis, db), der prozentuale Gesamtstickstoff (6,19–6,55 % db) und der prozentuale Chitinstickstoff (6,07–6,46 % db) betragen unabhängig von der verwendeten Extraktionsmethode ähnlich. Der Restproteingehalt betrug in allen Chitinproben <1 Prozent, war jedoch in den mit Protease behandelten Chitinproben etwas höher als in den mit Natriumhydroxid (NaOH) behandelten Chitinproben. Durch eine weitere Optimierung des enzymatischen Deproteinierungsschritts kann ein geringerer Restproteingehalt erreicht werden. Daher kann die sequentielle Chitinextraktion unter Verwendung von Pflanzenöl und Proteaseenzymen genauso effektiv sein wie der chemische Ansatz, mit dem zusätzlichen Vorteil, dass sie umweltfreundlich ist.

Alle drei Verarbeitungsbehandlungen (Öl, Enzym und Wasserstoffperoxid) beeinflussten die Farbeigenschaften der Chitinproben. Die Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass Wasserstoffperoxid (H2O2) als Aufheller wirksamer sein könnte, wenn vor der Behandlung mit Wasserstoffperoxid mehr Astaxanthin aus den Proben entfernt wird. Die Behandlung mit Wasserstoffperoxid hat möglicherweise einen gewissen Effekt auf die Farbentfernung, aber die Behandlung mit Peroxid allein war für die vollständige Entfärbung der Chitinproben nicht wirksam. Es kann möglich sein, die Behandlung mit Wasserstoffperoxid unter Berücksichtigung der Auswirkungen anderer Prozessvariablen wie Partikelgröße, Verhältnis von Schale zu Flüssigkeit, Zeit und Temperatur zusätzlich zu Öl- und Enzymbehandlungen zu optimieren.

Speiseöle, Zitronensäure in Lebensmittelqualität und Proteasen in Lebensmittelqualität sind vielversprechende Alternativen für die grüne Extraktion von Carotinoidpigmenten, pigmentiertem Proteinpulver und Chitin aus Abfällen der Schneekrabbenverarbeitung. Diese umweltfreundlichen chemischen Behandlungen haben das Potenzial, schädliche organische Lösungsmittel (z. B. Aceton, Ethanol) und anorganische Reagenzien (z. B. HCl, NaOH) zu ersetzen, die traditionell zur Gewinnung von Krustentier-Bioprodukten verwendet werden.

Die Ergebnisse unserer Studien zur Charakterisierung von Krabben-Bioprodukten zeigen, dass grüne Extraktionsmethoden mit weiteren Optimierungs- und Scale-up-Studien wirksame, umweltfreundliche und sicherere Alternativen zu herkömmlichen, chemisch intensiven Ansätzen zur Aufwertung von Abfällen aus der Verarbeitung von Schneekrabben darstellen können. Bei der Entwicklung umweltfreundlicher Chitin-Entfärbungstechnologien bestehen jedoch weiterhin Herausforderungen, und dieser Bereich bedarf weiterer Untersuchungen.

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Heather J. Burke, Ph.D.

Korrespondierender Autor Centre for Aquaculture and Seafood Development, Fisheries and Marine Institute, Memorial University of Newfoundland, St. John's, NL A1C 5R3, Kanada

[97,99,46,110,117,109,46,105,109,64,101,107,114,117,98,46,114,101,104,116,97,101,104]

Francesca Kerton, Ph.D.

Fachbereich Chemie, Memorial University of Newfoundland, St. John's, NL A1C 5S7, Kanada

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