_ O modalitate ecologică de a vă întoarce deșeurile de fructe de mare în produse cu valoare adăugată

Reducerea, reutilizarea, reciclarea și reutilizarea: toate acestea sunt modalități prin care putem trăi mai sustenabil. Un aspect dificil al reciclării, însă, este că uneori procesul de reciclare este intensiv din punct de vedere chimic, iar acesta este cazul reciclării unuia dintre cele mai abundente materiale din lume - chitina.

Yangchao Luo de la Colegiul de Agricultură din UConn, Health, and Natural Resources și grupul său au abordat această problemă și au găsit o modalitate de a recupera chitina din deșeurile de fructe de mare în mod durabil. Descoperirile lor sunt publicate în Jurnalul Internațional de Macromolecule Biologice.

Chitina este al doilea cel mai abundent polimer biologic de pe Pământ, cu aproximativ 100 de miliarde de tone produse în fiecare an de ciuperci sau creaturi precum insectele și crustaceele, pe lângă celuloza care este creată de plante. La fel ca celuloza, în forme purificate, chitina poate fi folosită pentru multe lucruri, de la ambalaje alimentare și alte materiale durabile și compostabile de unică folosință până la îngrășăminte și cosmetice.

Luo explică că chitina este un domeniu nou de cercetare pe care el iar grupul său a început să exploreze după ce o companie a solicitat ajutor încercând să găsească o modalitate de a face față tonelor de deșeuri de fructe de mare pe care le generează. Compania l-a găsit pe Luo pentru că lucrează cu un derivat al chitinei numit chitosan și s-au gândit că ar putea să-și împrumute expertiza.

„Practica tipică pentru tratarea deșeurilor de fructe de mare este să le arunci pur și simplu în depozit de gunoi, sau înapoi în ocean, sau să-l composteze", spune Luo.

Problema cu aceste practici de eliminare este că excesul de nutrienți din materiale ajung în căile navigabile, ceea ce poate duce la un proces numit eutrofizarea, în care populațiile de alge se dezvoltă cu excesul de nutrienți în timp ce consumă cantități mari de oxigen disponibil. Acest lucru duce la „zone moarte” în care viața marină și acvatică nu poate supraviețui. Găsirea unei modalități de a ajuta la remodelarea acestui flux de deșeuri a fost o provocare interesantă, spune Luo.

„Acest lucru m-a interesat și pentru că se aliniază bine cu viziunea strategică a colegiului nostru. Sunt copreședintele Asigurării unei Comitetul pentru aprovizionare cu alimente și industrie agricole vibrante și durabile. M-am gândit că acesta este un subiect bun de explorat despre durabilitate."

Luo a însărcinat doi doctori. studenții din grupul său de cercetare să înceapă să abordeze această problemă și au început prin a citi despre metodele actuale de procesare a chitinei. Ei au învățat rapid metode tradiționale de extragere și procesare a deșeurilor chitinoase folosind cantități mari de acizi și baze puternice și este considerată o industrie atât de poluantă încât nu există instalații care să facă această prelucrare în Statele Unite.

Deoarece. chitina este o polizaharidă cu greutate moleculară foarte mare, tehnicile tradiționale de procesare se bazează pe substanțe chimice caustice pentru a o descompune. În plus, consumă foarte mult apă din cauza necesității de a dilua și neutraliza solvenții după extracție.

În laboratorul lui Luo, el spune că de obicei abordează aceste provocări folosind substanțe chimice găsite în mod natural, adesea în alimente. S-au concentrat pe acidul malic, care se găsește în mere; acid lactic, care poate fi găsit în alimentele fermentate; clorură de colină, care este o sare adesea folosită ca aditiv alimentar; și glicerol, care este adesea folosit ca înlocuitor al zahărului.

Toate acestea sunt substanțe chimice foarte comune și versatile, care sunt, de asemenea, compatibile fiziologic și biologic cu mediul înconjurător și alese având în vedere legăturile de hidrogen ale chitinei.

„Ne-am gândit la legăturile de hidrogen. Multe tipuri de bază de biomasă, inclusiv chitina, nu pot fi dizolvate în apă din cauza existenței unor legături puternice de hidrogen în structura lor moleculară, așa că nu reacționează cu apa”, spune Luo.

„Din perspectiva chimiei, dacă doriți să dizolvați ceva în apă sau să îl faceți solubil în apă, acesta trebuie să formeze o legătură de hidrogen cu apa. Cu alte cuvinte, dacă acest compus nu poate forma o legătură de hidrogen cu apa , nu poate fi dizolvată, așa că nu interacționează cu apa.”

Luo explică că glicerolul acționează ca un donor de hidrogen, iar clorura de colină acționează ca un acceptor de hidrogen. Când sunt asociate cu oricare dintre acizi (acid malic sau lactic), combinația acestor trei componente formează o soluție vâscoasă numită solvenți eutectici ternari de adâncime (TDES).

„Am descoperit că astfel de TDES sunt deosebit de eficiente în perturbând legăturile de hidrogen care țin împreună componentele structurale ale biomasei", spune Luo.

"Prin slăbirea acestor legături, TDES facilitează separarea chitinei de alți constituenți precum proteinele și carbonatul de calciu. Proprietățile unice de TDES permit extracția selectivă a chitinei și poate fi proiectat pentru a dizolva în principal componente nedorite, cum ar fi proteinele și mineralele, lăsând în urmă o formă purificată de chitină."

"Această selectivitate se datorează interacțiunilor specifice între componentele TDES și constituenții biomasei. Prin ajustarea precisă a proporțiilor celor trei componente din TDES, putem perturba interacțiunile legăturilor de hidrogen din biomasă. Această abordare permite o metodă inovatoare de procesare a deșeurilor chitinoase de fructe de mare."

În comparație cu chitina pe care o achiziționează de la compania de furnizare științifică, el spune că produsul purificat în laborator este aproape identic. În plus, prin ajustarea rapoartelor, aceștia pot controla gradul în care chitina este procesată și, prin urmare, pot „ajusta” greutatea moleculară a produsului final.

„Procesele chimice tradiționale care utilizează o mulțime de acid și bază pentru procesarea și extragerea chitinei produc de obicei chitină cu o greutate moleculară mică, care poate avea aplicații limitate", spune Luo. „Cu acidul nostru malic ușor sau acidul lactic, putem produce chitină cu greutate moleculară controlabilă. Putem produce greutate moleculară de 300 până la 100.000 de kilograme Daltoni, în funcție de scopul nostru pentru aplicații viitoare. Acesta este unul dintre cele mai noi aspecte ale acestui lucru. tehnologie.

„Cealaltă noutate este că acum lucrăm la un proces de ultrasunete care poate fi încorporat în procesul de extracție pentru a transforma chitina în nanochitină. Procesul descurcă fibrele de chitină la scară nanometrică.”

Un alt beneficiu al acestei metode de extracție este că, deoarece solvenții sunt derivați din alimente și blând, nu necesită neutralizare cu cantități mari de apă înainte de a putea fi. eliminate în siguranță. Pot fi reutilizate de cel puțin trei ori înainte de a-și pierde capacitatea extractivă, făcând procesul mai ieftin și mai ecologic.

Acum, cu un brevet provizoriu cu Serviciul de comercializare a tehnologiei UConn, grupul lui Luo colaborează cu o companie agricolă pentru a testa dacă chitina cu greutăți moleculare diferite și nanochitina pot fi utilizate pentru producția de culturi.

„Presumăm ipoteza că această fibră de nanochitină va putea fi absorbită de plantă pentru mai bine. producția de plante sau funcțiile biostimulatoare în sol sau ca un fel de îngrășământ”, spune Luo.

Prin colaborarea cu grupul profesorului asistent de inovare și antreprenoriat Minyu Qiao, cele două echipe aplică această abordare altor materiale, inclusiv alge marine, pentru extragerea și purificarea alginatului. Procesul tipic pentru această purificare este lung și complicat, dar Luo spune că acest sistem TDES reduce extracția de mai multe zile la un proces care durează aproximativ câteva ore. Prin curățarea și simplificarea acestor procese, Luo are mari speranțe în viitor cu acest sistem,

„Sperăm că putem transforma acest gunoi într-o comoară – sau cel puțin în produse cu valoare adăugată”.

(Fluierul)