El Laboratorio de Investigación X-Food utiliza la fermentación de cocultivo como plataforma para desarrollar materiales de embalaje respetuosos con el medio ambiente.
Cuando crustáceos como langostas, camarones y cangrejos se procesan para el consumo humano, aproximadamente entre el 45% y el 60% de su masa total se convierte en desperdicio. Además, sólo una parte de estos desechos se utiliza como alimento para animales o fertilizante, y el resto a menudo se vierte en vertederos o en los océanos, lo que puede ser una fuente potencial de contaminación. Por tanto, la gestión de los residuos de mariscos es una cuestión crítica. Los exoesqueletos no comestibles de crustáceos como las langostas y los camarones son fuentes ricas en calcio, proteínas y quitina.
La quitina es un polisacárido natural que sirve como columna vertebral estructural del exoesqueleto de los crustáceos. La quitina y su derivado quitosano tienen excepcionales propiedades filmógenas, antibacterianas y biodegradables, lo que los convierte en fuertes candidatos para materiales de embalaje sostenibles. Los métodos tradicionales de extracción de quitina implican procesos químicos que producen residuos químicos corrosivos, lo que plantea problemas de eliminación y puede causar contaminación ambiental.
Desventajas de la extracción química de quitina
Los métodos de extracción química incluyen moler las cáscaras y exponerlas a ácidos concentrados (ácido clorhídrico) y álcalis (hidróxido de sodio) para su desmineralización, desproteinización, despigmentación (usando acetona o etanol), desacetilación para formar quitosano y despolimerización para formar oligómeros de quitosano. Los métodos tradicionales de extracción química se basan en ácidos y álcalis concentrados, que generan grandes cantidades de aguas residuales peligrosas y reducen la calidad de los biopolímeros recuperados. Para abordar estos problemas, el laboratorio de X-Food Research utiliza la fermentación microbiana como una ruta más sostenible para recuperar la quitina con un impacto ambiental mínimo.
X método de comida
El proceso de fermentación de dos pasos del X-Food Research Laboratory imita la biodegradación natural en condiciones controladas. En el primer paso, se introducen bacterias del ácido láctico en una suspensión de caparazones de langosta finamente molidos, se mezclan con un sustrato de carbohidratos y se fermentan durante varias horas. Durante la fermentación, estos microorganismos producen ácidos orgánicos, principalmente ácido láctico, que disuelven gradualmente los minerales de carbonato de calcio incrustados en la cáscara. Este suave paso de acidificación, conocido como desmineralización biológica, suaviza eficazmente la matriz de la cáscara sin necesidad de reactivos químicos agresivos.
Una vez completada la desmineralización, el material pasa por el segundo paso del proceso, la desproteinización biológica. En este paso, las bacterias productoras de proteasas secretan enzimas que degradan los componentes proteicos que están estrechamente unidos a las fibras de quitina. Este paso libera el polímero de quitina al tiempo que permite la recuperación de proteína que puede reutilizarse para otros usos como alimento para animales o fertilizante.
El proceso se simplifica utilizando un enfoque conocido como fermentación de cocultivo, donde se introducen múltiples tipos de bacterias del ácido láctico en la mezcla y las especies microbianas actúan sinérgicamente durante la fermentación. La cofermentación no solo reduce el tiempo de procesamiento sino que también tiene el potencial de reducir los costos operativos y simplificar la purificación posterior. Al final de la fermentación, la quitina extraída se lava, se seca, se purifica cuidadosamente y se evalúan sus propiedades. Estos análisis son necesarios para definir mejor los parámetros críticos que influyen en la funcionalidad de las aplicaciones de materiales de embalaje. Los biopolímeros de quitina purificada se mezclan con ingredientes ricos en proteínas de otros procesos de fabricación de alimentos, como la proteína de soja y otras fuentes vegetales, para desarrollar materiales compuestos adecuados para el envasado. Estas mezclas se moldean en películas delgadas y se evalúan en cuanto a resistencia a la tracción, flexibilidad, permeabilidad al vapor de agua y biodegradabilidad.
Aunque nuestros resultados preliminares muestran que las películas de quitina y quitosano derivadas de la fermentación son prometedoras y que en algunos aspectos las películas tienen propiedades comparables a los materiales de embalaje tradicionales, es necesario trabajar más para mejorar la resistencia y flexibilidad de las películas. La combinación de desechos de caparazones de langosta y subproductos proteicos proporciona un ejemplo de sistema circular, con el potencial de convertir flujos de desechos en materiales sostenibles de alto valor.
Beneficios ambientales de los procesos microbianos.
Actualmente, los procesos microbianos requieren tiempos de procesamiento más prolongados que los métodos químicos, pero ofrecen importantes beneficios ambientales, incluida la reducción del consumo de energía y los desechos químicos. Por lo tanto, la investigación más allá del laboratorio debería centrarse en explorar la escalabilidad y la viabilidad económica de la extracción de quitina basada en fermentación. Estos procesos deben integrar la extracción de quitina con la recuperación de proteínas, pigmentos y minerales para maximizar la eficiencia general de los recursos del procesamiento de productos del mar. Con la creciente demanda de envases ecológicos y la creciente presión regulatoria para reducir los plásticos de un solo uso, la fermentación de cocultivo microbiano de desechos de cáscaras podría desempeñar un papel central en el avance de la innovación en el sector de materiales sostenibles.
Este artículo también se publicará en el número 24 de la revista trimestral.
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