Bio-oinarritutako materialen berrikuntza, ezkatak eta bestelako arrain-industriako hondakinak elikagaiak ontziratzeko bioplastikoak egiteko!

2019an munduko arrain-ekoizpena 177.8 milioi tona metrikotan kalkulatzen da, eta etorkizunean nabarmen haziko dela espero da. Nazio Batuen Garapen Jasangarrirako 2030 Agendak eta FAOk aitortzen duten bezala, arrantzak eta akuikulturak zeregin garrantzitsua dute elikagaien segurtasunean eta nutrizioan. Arrain eta itsaskiaren % 70 inguru prozesatzen dira saldu aurretik, eta horrek hondakin solido kopuru handiak sortzen ditu burua moztean, azala kentzean, erraiak kentzean, definizioan eta eskalatzean, eta fileteak kentzean.

Arrantza-azpiproduktuen artean, normalean, barne-organoak, gihar-ehuna, gorpuak, buruak, hegatsak, azala, ezkatak eta hezurrak daude, eta horiek pisu freskoaren % 50etik % 75era bitartekoa osatzen dute, espeziearen arabera. Adibidez, ganbak eta xerra prozesatzeak hondakinen ia % 50 eta % 75 sortzen ditu (pisuan). Arrantza-azpiproduktuen % 20 inguru balio txikiko osagai gisa erabiltzen dira animalien pentsuetan, eta gehienak zabortegira botatzen edo errausten dira, eta horrek ingurumen-, osasun- eta ekonomia-galerak eragiten ditu.

Arrain-hondakinak, beraz, gero eta arazo handiagoa dira, eta ikuspegi eta irtenbide berritzaileak behar dituzte. Horretarako, hainbat proiektu eta neurri hartu dira mundu osoan elikagaien xahuketa saihesteko. Horien artean, bioplastikoen lehengai berri gisa erabiltzen den arrain-hondakinak gero eta arreta handiagoa erakarri du aplikazio-eremu desberdinetan (batez ere elikagaien ontziratzean), abantaila ekonomiko eta ingurumeneko nabarmenak lortuz.

Elikagaiak ontziratzeko erabil daitezke hainbat molekula baliotsu birziklatuz, besteak beste, olioak, proteinak, koloreak, peptido bioaktiboak, aminoazidoak, kolagenoa, kitina eta gelatina. Ontziak oraindik ere segmentu garrantzitsutzat hartzen dira.bioplastikoen ekoizpena, 2020an bioplastikoen merkatuaren % 47 (990,000 tona) hartuz. Material berde berritzaile horien artean, elikagaiak ontziratzeko aplikazioetarako film jangarri/biodegradagarriek akademiako eta industriako ikertzaileen arreta erakarri dute.

Francesca Rionetok, Salentoko Unibertsitateko Berrikuntza Ingeniaritzako Sailekoak, Polymers aldizkarian argitaratu du. 'Elikagaien ontziratzeetan arrain industriako hondakinetatik eratorritako biopolimeroen aplikazio berriak' izeneko laburpen artikuluak arrain industriako hondakinen balorazioan egindako aurrerapen berriak eta azpiproduktu horiek ekonomia zirkularreko ikuspegietan berrerabiltzeko potentziala laburbiltzen ditu, elikagaiak ontziratzeko bioplastikoak prestatzeko.

1. Giharretako proteina
Giharretako proteinak hiru kategoria handitan banatzen dira, disolbagarritasunaren arabera: fibrina miogenikoa, proteina sarkoplasmatikoak eta matrizeko proteinak. Mioffibrina eskeleto-giharraren osagai nagusia da, giharretako proteina guztien % 65-75 inguru hartzen baitu. Mioffibrinak uzkurdura-proteina batzuk ditu, hala nola miosina eta aktina, erregulazio-proteinak, hala nola protomiosina eta troponina, eta beste bigarren mailako proteina batzuk. Beren egitura eta lokalizazioagatik, mioffibrinek desnaturalizatzeko baldintzak behar dituzte, hala nola indar ioniko handiko disoluzioak disolbatu eta ateratzeko.

Proteinak elikagaien industrian gehien erabiltzen diren biomaterialetako bat dira, duten balio nutrizionalagatik, ez-toxikoak direlako, biodegradagarriak direlako eta gel-sortzeko gaitasunagatik. Azken urteotan, arrain-matrizearen proteinek eta miogeno-fibrinak arreta handia jaso dute gas-hesi onak, lurrunkor organikoak eta lipido-propietateak dituzten film biodegradagarri eta jangarriak sortzeko duten gaitasunagatik, uretan disolbaezinak direnak baina disoluzioaren pHa doituz disolba daitezkeenak. Arrain-muskulu-fibrilekin edo muskulu-proteinekin egindako film hauek hainbat abantaila dituzte: (i) UV hesi bikaina PVCz egindako ontziratze-film komertzialekin alderatuta; (ii) oxigeno eta karbono dioxido hesi onak; (iii) gardentasun txikia; (iv) ontzi aktiboak ekoizteko potentziala.

Film hauen aplikazio komertzial zabala mugatzen duten desabantaila nagusiak zurruntasuna eta erresistentzia mekaniko baxua dira, eta hori are gehiago areagotzen da disulfuro loturek, hidrogeno loturek eta/edo elkarrekintza elektrostatikoek, film mehearen sarean proteina-proteina kateen arteko elkarrekintza zabalak direla eta. Arazo horri aurre egiteko, plastifikatzaile maila altuak (% 40-60 inguru) gehi daitezke film biodegradagarrietan, hauskortasuna murrizteko eta harikortasuna eta gogortasuna handitzeko, proteina-proteina kateen arteko indarra murriztuz. Arrain fibrina mintzen beste muga bat ur-lurrunaren aurkako hesi eskasa da, proteinetako aminoazidoen hidrofilikotasun handiagatik eta plastifikatzaile hidrofiliko ugari (glizerina eta sorbitola, adibidez) gehitzeagatik mintzari malgutasun nahikoa emateko. Lotura gurutzatu kimikoak, elektroi sorta eta gamma erradiazioa metodo eraginkorrak direla jakinarazi da film sendoagoak eta iragazkortasun gutxiagokoak lortzeko.

2. Itsas kolagenoa

Kolagenoa animalia-proteina ohikoena da, ehun konektibo guztietan (hau da, azalean, hezurretan, lotailuetan, tendoietan eta kartilagoan) eta organo parenkimatosoen ehun interstizialetan aurkitzen baita.

Itsas kolagenoa batez ere arrain-larruetatik, arrain-hezurretatik, hegatsetatik, ezkatatik edo medusen, itsas trikuen, itsas izarren edo itsas pepinoen ehun konektibotik ateratzen da. Arrain-larruak erabili izan dira kolagenoa ateratzeko, bere materia lehorraren % 70-80 kolagenoa baita. Horrez gain, arrain-ezkatak itsas kolagenoaren beste iturri itxaropentsu eta merkea dira, arrain-hondakinen urteko pisu osoaren % 4 inguru hartzen baitute, hau da, 18-30 milioi tona inguru. Arrain-ezkatek osagai organikoak (kolagenoa, gantza, lezitina, proteina gogorra, hainbat bitamina, etab.) eta osagai ez-organikoak (hidroxiapatita, kaltzio fosfatoa, etab.) dituzte.

Ugaztunen kolagenoarekin alderatuta, itsas kolagenoak pisu molekular antzekoa edo apur bat txikiagoa du eta desnaturalizazio (urtze) tenperatura baxuagoa, hau da, 20-35 °C ingurukoa arrain gehienentzat, ur epeleko espezieen kolageno balioak, berriz, handiagoak dira. Egonkortasun termikoa hobetzeko, lotura gurutzatuen tratamendu egokiak aztertu dira.

Coppola eta abarren arabera, arrain-azpiproduktuetatik ateratako kolagenoaren masa lehorra % 50etik gorakoa izan daiteke. Gainera, arrainaren prozesamenduan koipegabetzeak usainik edo zaporerik ez izatea bermatzen du. Askotan denbora asko behar izaten da kolagenoa arrain-ezkatetatik metodo kimikoen bidez ateratzeko. Ondorioz, ikertzaileak gero eta interesatuagoak daude arrain-ezkatetako kolagenoa ateratzeko prozesu egoki batean.

Ugaztunen kolagenoarekin alderatuta, itsas kolagenoak ez du erabilera mugarik arrazoi erlijiosoengatik eta gaixotasun infekzioso posibleengatik, eta, aldi berean, filma sortzeko gaitasun bikaina, biobateragarritasuna, antigenizitate baxua, biodegradagarritasun handia eta zelulen hazkuntza potentziala ditu. Hondakin honek kolageno iturri ekologiko eta kostu baxuko gisa garatzeko ahalmena du, aplikazio potentzial askorekin sendagai/banaketa garraiatzaile edo zaurien apaingarri gisa hainbat arlotan, hala nola osasun-elikagaietan, kosmetikan eta biomedikuntzan. Ura xurgatzeko gaitasun handia duelako, kolagenoa hautagai ona da testurizaziorako, loditzeko eta gelen eraketarako. Horrez gain, gainazalaren portaerarekin lotutako propietate interesgarriak ditu, besteak beste, emultsioa, aparra eratzea, egonkortzea, atxikimendua eta kohesioa, funtzio koloidal babeslea eta filma eratzeko gaitasuna. Elikagaien propietate erreologikoak hobetzeko elikagaien gehigarri gisa erabili izan den arren, itsas kolagenoa oraindik ez da guztiz ustiatzen eta bere aplikazioa ugaztunen kolagenoa baino askoz txikiagoa da.

Ontziratze-industrian arrain-kolagenozko filmaren erabilera desabantaila batzuek mugatzen dute, hala nola egonkortasun termiko baxua eta propietate mekaniko nahiko eskasak. Gainera, kolagenoa hidroxilo taldeak dituen polimero hidrofiloa da. Beraz, ur-lurruna erraz igarotzen da filmaren zehar. Muga horiek gainditzeko, hainbat ahalegin egin dira, besteak beste, kolagenoa beste biopolimero batzuekin nahastuz eta hainbat prozesu kimiko eta entzimatikorekin. Adibidez, Ahmedek eta beste batzuek larruzko jaken larruetatik ateratako kolageno eta kitosano nahasketa bat erabiliz, filmaren gaitasun bakteriostatikoa eta jarduera bakteriostatikoa hobetzen dira, baina filmaren elastikotasuna edo hauskortasuna kaltetzen dira.

3. Arrain-kola

Gelatina kolagenoaren hidrolisi partzialaren eta tratamendu termikoaren bidez eratorritako proteina desnaturalizatua da. Pisu molekular desberdineko proteina eta polipeptido multzo batez osatuta dago, eta horien osaera batez ere jatorrizko kolagenoaren eta erauzketa prozeduraren araberakoa da. Hidrolisian zehar, kolageno kate indibidualen arteko lotura molekular naturalak hausten dira, eta polipeptidoen nahasketa bat sortzen da, kate bakarreko edo anitzekoa, bakoitza ezkerreko helize luzatuaren konformazioarekin eta 50-1000 aminoazidorekin. Bi gelatina mota lortzen dira hidrolisi azidoaren eta hidrolisi alkalinoaren bidez, hain zuzen ere, A motakoa eta B motakoa.

Erlijio-arazoak eta gizakiei gaixotasunak hedatzearen osasunari buruzko kezkak direla eta, arrain-gorotzetatik gelatina ateratzeak eta aplikatzeak interes handia piztu du. Gelatina biopolimero industrial garrantzitsua da, gelifikatzeko eta filmak sortzeko propietate nabarmenak dituena, eta elikagaietan, farmazian eta antzeko beste arlo batzuetan erabil daitekeena.

Filma sortzeko propietate onak, kostu baxua, biobateragarritasuna eta biodegradagarritasuna direla eta, arrain-gelatina gomendatu da duela gutxi elikagai-ontzi aktiboetan film biodegradagarriak prestatzeko, polimero ez-biodegradagarri tradizionalak eta ugaztunengan oinarritutako beste gelatina batzuk ordezkatzeko. Estrusioan oinarritutako teknologian beroa eta tentsio mekanikoa aplikatuz, gelatina erraz prozesatzen da. Malgutasuna handitzeko, plastifikatzaileak erabiltzen dira barne-lubrifikatzaile gisa, eta horrek fluidotasun molekularra hobetzen du. Gelatina urtsuaren disoluzioa gelatina-filma botaz lor daiteke. Usainik gabekoak, koloregabeak, gardenak, uretan disolbagarriak eta elikagai-ontzietan erabiltzen diren beste film biologiko batzuk baino malguagoak dira. Gelataren urtze-puntua gorputz-tenperaturaren antzekoa denez, gelatina-oinarritutako filmak erabil daitezke film jangarriak prestatzeko. Gainera, arrain-gelatinak potentzial handia erakutsi du konposatu bioaktiboen matrize bikain gisa, funtzio hobetzaileak dituztenak, hala nola antioxidatzaileak/agente antibakterianoak.

Urarekiko erresistentzia hobetzen da arrain-gelatinazko filma hezetasunarekiko erresistentea den polimero biodegradagarri batekin laminatuz, ontziratze eta baldintza espezifikoetarako optimizatutako hezetasun eta oxigeno hesi-geruza batekin. Matutsch etab. Barneko geruza gisa montmorillonita sodiozko plastifikatzaile-gelatina, kanpoko geruza gisa dialdehido-almidoi gurutzatua eta plastifikatzaile-gelatinazko filma erabiliz, gelatinazko filmaren hiru geruza beroan prentsatu ziren. Banakako geruzek elkarren artean hidrogeno-lotura sendoen bidez elkarreragin dezaketenez, geruza anitzeko mintzek mikroegitura trinko eta uniformeak erakusten dituzte. Egile berberek geruza anitzeko egitura bat ere prestatu zuten, non poli-azido laktikoaren filmak kanpoko geruza gisa jokatzen duen, dentsitate handiko polietilenoa edo polibinil kloruroa bezalako beste polimero komertzial batzuek baino ur-lurrun-iragazkortasun handiagoarekin.

Elikagaiak ontziratzeko arrain-kolaren hesi-propietateak, propietate mekanikoak eta propietate termikoak hobetzeko beste modu itxaropentsu bat gurutzadura erretikulatzailea da. Bereziki, Garavand eta besteek berrikusi zuten bezala, gurutzadura naturaleko agenteek arreta handiagoa erakarri dute ingurumen- eta osasun-kezkak zein arazo ekonomikoak kontuan hartzeko. Liguori eta besteek arrain-gelatina azido zitrikoarekin gurutzatzeko protokolo bat garatu zuten. Azukre erreduzitzaileen aurrean tratamendu termikoak (Maillard erreakzioa deiturikoa) gurutzadura-prozesuak eta sare-egiturak aldatzen dituela frogatu da. Duela gutxi, Maroufi eta besteek arrain-gelatinaren K-karragenanoaren aldehido taldearekin gurutzadura kimikoa frogatu zuten.

4. Kitosanoaren aplikazioa elikagaien ontzietan

Kitina, naturan gehien dagoen bigarren biopolimeroa zelulosaren ondoren, polimero lineal bat da, polisakarido bat, onddoen zelula-horman eta planktonean, krustazeoetan eta intsektuen exoeskeletoan kokatua, urtean 100 milioi tona kitina inguru sortzen dituzten mikrofibra kristalino ordenatuen moduan.

Kitina eta kitosano biopolimeroen propietate biobateragarri, ez-toxiko eta biofuntzionalek elikagaiak ontziratzeko aplikazioetarako potentzialki egokiak bihurtzen dituzte. Bereziki, ganbetatik ateratako kitosano biopolimeroak aurrez zehaztuta daude, oro har, segurutzat aitortuak (GRAS). Kitosanoa, berriz, askoz merkeagoa da beste biopolimeroekin alderatuta. Hala ere, kitosanoaren propietate bikainak direla eta, egokiagoa da elikagaiak ontziratzeko aplikazioetarako. Adibidez, ogiaren iraupena luzatzea proposatu zen arrakastaz, almidoiaren itzulera atzeratzen duela frogatu baita mikrobioen hazkundea eragotziz.

Tyliszczak eta beste batzuek frogatu zuten kitosanozko filmek marrubiak ere kontserba ditzaketela. Horrez gain, Zakaria eta besteek frogatu zuten kitosanozko mintzek barazkien propietate fisikoen aldaketak inhibitzen dituztela. Kitosanoa ere erabil daiteke horrekin estalitako elikagai-bilgarriak ekoizteko, eta horrela mikroorganismoen hazkuntza atzeratzen du. Elikagaiak ontziratzeko kitosanozko filmen errendimendua hobetzeko estrategia ia berdina da arrain-gelatinazko filmen kasuan erabiltzen denarekin. Izan ere, polimero-nahasketen garapena modu eraginkorra da propietate mekanikoak hobetzeko eta uretan disolbagarritasuna eta ur-lurrunaren iragazkortasuna murrizteko. Hainbat polisakarido gehitu zaizkio kitosanoari elikagai-aplikazioetarako azken propietate hobetuak dituzten film mistoak ekoizteko. Horien artean, kostu txikia, eskuragarritasun zabala eta biodegradagarritasuna direla eta, almidoia da kitosanoan oinarritutako biofilmak ekoizteko proposatzen den polisakarido ohikoenetako bat.

Kitosano/almidoi filmeek bakterioen atxikimendu murriztua, antioxidatzaile jarduera bikaina eta ur-lurrunaren hesi-propietateak handituak erakusten dituzte ontzietan, eta horrela aplikazio espezifikoetarako egokitasun potentziala erakusten dute. Hainbat zientzialarik aztertu dute zelulosa/kitosano nahasketa bat prestatzeko aukera, kitosano puruaren propietate mekanikoak hobetzeko.

Arrain-hondakin industrialek potentzial handia erakusten dute biopolimeroen ekoizpenerako lehengai berri gisa, eta aplikazio-eremu desberdinetan erabil daitezke, batez ere elikagaien ontziratzean. Arrain-hondakinen balio erantsiko erabilerak abantaila ekonomikoak ditu, hondakinak modu seguruan ezabatzeko kostua murrizten laguntzen baitu eta balio gehigarria sortzen baitu baliotsuak izan daitezkeen hainbat molekula birziklatuz. Horrez gain, arrain-azpiproduktuen balio erantsiak ingurumen-abantaila ugari dakartza, zabortegiak, errausketa eta isurketa murriztetik, baliabideen xahuketa larria baita, baita polimero fosilen ordezkapenetik ere. Horrela, arrantza-hondakinen birziklapenak eragin positiboa izan dezake ekosistemetan eta arrantzaren finantza-bideragarritasunean. Bere eragina handitzea espero da datozen urteetan.

Berrikuspen honen ekarpen nagusia arrantza-azpiproduktu guztiak erabil daitezkeela erakustea da, potentzialki, bio-fintze-teknologiak garatzeko, karbono-oinarritutako berotegi-efektuko gasen isuriekin lotutako petrolio-findegi klasikoekin alderatuta. Erakusten den bezala, giharretako, erraietako, azaletako, ezkatatako, hegatsetako edo krustazeoen oskolako fibro-fibrinak, kolagenoak, gelatinak, kitinak eta kitosanoak ontzi-belaunaldi berri baten baldintza teknikoak betetzen dituztela frogatu da, ontzi adimendunak deiturikoak, eta horrek ontziaren eta janariaren arteko edo ontzi-atmosferaren barruan janariaren arteko elkarrekintza dakar. Etorkizuneko merkatu-perspektibak espero daitezke!