Chitin aus Garnelenschalen durch Fermentierung mit Fruchtabfällen
Nicht nur kostengünstig, sondern auch umweltfreundlich und nachhaltig
Chitin dient einer Vielzahl von Anwendungen in der Lebensmittelindustrie, z.B. als Lebensmittelverdickungsmittel und -stabilisatoren sowie als antimikrobielle Lebensmittelverpackung.
Wissenschaftler der Nanyang Technological University, Singapur (NTU Singapur) haben eine grüne Methode zur Herstellung von Chitin entwickelt, bei der zwei Formen von Lebensmittelabfällen - Garnelenschalen und weggeworfene Früchte - verwendet und fermentiert werden.
Nanyang Technological University, Singapore
Die NTU-Methode ist nachhaltiger als derzeitige Ansätze, bei denen Chitin chemisch aus Meeresabfällen extrahiert wird, was kostspielig ist, große Mengen an Energie verbraucht und zu chemischen Nebenprodukten führt, die in Industrieabwässern eingeleitet werden können.
Weltweit fallen jährlich sechs bis acht Millionen Tonnen Krustentierabfälle an, wobei 45 bis 60 Prozent der Garnelenschalen als Nebenprodukte der Verarbeitung weggeworfen werden.
Professor William Chen, Direktor des Programms für Lebensmittelwissenschaft und -technologie an der NTU, der die Forschung leitete, sagte: "Die riesige Menge an Garnelenabfällen hat das Interesse der Industrie geweckt, da sie eine reichhaltige Quelle für Chitin ist. Es gibt jedoch ein Problem bei der Extraktionsmethode, die sowohl nicht nachhaltig als auch umweltschädlich ist.
"Unsere neue Methode nimmt Krustentierabfälle und ausrangierte Obstabfälle und nutzt natürliche Fermentationsprozesse zur Extraktion von Chitin. Dies ist nicht nur kostengünstig, sondern auch umweltfreundlich und nachhaltig und trägt dazu bei, die Gesamtabfälle zu reduzieren", sagte Prof. Chen.
Die Ergebnisse des Teams wurden im Januar 2020 in der von Fachleuten begutachteten Zeitschrift AMB Express veröffentlicht.
Das NTU-Team testete zehn Quellen für gewöhnliche Obstabfälle wie weiße und rote Traubentrester, Mango- und Apfelschalen sowie Ananaskerne in verschiedenen Fermentationsversuchen. Sie stellten fest, dass die Fruchtabfälle genug Zucker enthielten, um den Fermentationsprozess zu betreiben, der die Garnelenschalen zu Chitin aufbricht.
Sie verwendeten die "Röntgenbeugungs"-Technik, um die atomare und molekulare Struktur des mit der neuen Methode erzeugten Chitins zu bestimmen, und sein Reinheitsgrad wurde mit Hilfe eines "Kristallinitätsindex" gemessen. Die extrahierten Rohchitinproben aus Garnelenschalen, die mit Fruchtabfällen fermentiert wurden, ergaben einen Kristallinitätsindex von 98,16 Prozent, im Vergleich zu kommerziellen Chitinproben mit einem Index von 87,56 Prozent. Der Fermentationsprozess unter Verwendung des Zuckergehalts aus den Fruchtabfällen ergab eine höhere Qualität des Chitins als der kommerzielle.
Prof. Chen sagte: "Unsere Forschung hat nicht nur zu einer höheren Qualität des Chitins, sondern auch zu einem nachhaltigeren und umweltfreundlicheren Prozess geführt. Während die verschiedenen Arten von Obstabfällen gute Ergebnisse erzielten, hatte der Zucker aus dem Trester von roten Trauben die beste Leistung. Dies ist auch eine kosteneffiziente Methode für Betriebe im industriellen Maßstab, die für Weinkellereien, die ihre Abfälle reduzieren und aufwerten wollen, von potenziellem Interesse sein könnte".
"Diese Forschung spiegelt auch den Schwerpunkt der translationalen Forschung von NTU wider, der darauf abzielt, nachhaltige Innovationen zu entwickeln, die der Gesellschaft und der Industrie zugute kommen und eine grünere Zukunft schaffen.
Herr Loo Yuen Meng, Geschäftsführer von Integrated Aqua Singapore Pte. Ltd., der an der Studie nicht beteiligt war, sagte: "Die neuesten Innovationen, die von Prof. William Chen aus dem Programm für Lebensmittelwissenschaft und -technologie an der NTU entwickelt wurden, sind ein ausgezeichnetes Beispiel dafür, wie das Fachwissen einer Hochschule zur Verbesserung der Betriebseffizienz der Lebensmittelindustrie bei gleichzeitiger Verringerung der Abfälle aus der Lebensmittelverarbeitung eingesetzt werden kann. Durch einen einfachen Fermentierungsprozess sind das hochwertige Chitin und Chitosan, die aus den Garnelenschalen gewonnen werden, umweltfreundlich, und die Produkte können wieder an die Lebensmittelindustrie zurückgeführt werden".
Indem das NTU-Forschungsteam das Chitin weiteren Fermentationsstufen unterzog, fand es auch heraus, dass es zu Chitosan weiter fermentiert werden kann, das als Wachstumsförderer in Pflanzendüngern oder als kontrolliertes Abgabesystem für Medikamente bei pharmazeutischen Behandlungen verwendet werden kann.
Das NTU-Team untersucht nun Möglichkeiten, Chitosan zur Verbesserung früherer Forschungsinnovationen einzusetzen, wie z.B. Lebensmittelverpackungen, die aus Sojabohnenrückständen oder Okara hergestellt werden. Dies könnte möglicherweise zur Entwicklung einer haltbareren Zellulosefolie mit antimikrobiellen und antibakteriellen Eigenschaften führen.
Prof. Chen arbeitet auch mit mehreren Unternehmen zusammen, um die Einführung umweltfreundlicherer industrieller Methoden bei der Herstellung von Chitin und Chitosan voranzutreiben.
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