Inovasi bahan berbasis bio, sisik, lan limbah industri iwak liyane kanggo nggawe bio-plastik kanggo kemasan panganan!

Produksi iwak donya ing taun 2019 dikira-kira ana 177.8 yuta metrik ton lan diarepake bakal tuwuh sacara signifikan ing mangsa ngarep. Kaya sing diakoni sacara wiyar dening Agenda Pembangunan Berkelanjutan 2030 Perserikatan Bangsa-Bangsa lan FAO, perikanan lan budidaya nduweni peran penting ing keamanan pangan lan nutrisi. Kira-kira 70% iwak lan panganan laut diolah sadurunge didol, sing nyebabake akeh limbah padat ing kegiatan kayata pemenggalan kepala, penggilingan, de-jeroan, penentuan lan penskalaan, lan penghapusan fillet.

Produk sampingan perikanan biasane kalebu organ internal, jaringan otot, bangkai, endhas, sirip, kulit, sisik lan balung, sing nyusun udakara 50 nganti 75 persen saka bobot seger, gumantung saka spesies kasebut. Contone, pangolahan urang lan fillet ngasilake meh 50% lan 75% (miturut bobot) limbah. Kira-kira 20% produk sampingan perikanan digunakake minangka bahan sing regane murah ing pakan kewan, sing umume ditimbun ing lahan utawa dibakar, sing nyebabake kerugian lingkungan, kesehatan lan ekonomi.

Mula, limbah iwak minangka masalah sing saya tambah akeh sing mbutuhake pendekatan lan solusi inovatif. Kanggo tujuan iki, sawetara proyek lan langkah-langkah wis diadopsi sacara global kanggo nyegah limbah panganan. Antarane, limbah iwak minangka bahan mentah anyar kanggo bio-plastik wis narik kawigaten sing saya tambah akeh ing macem-macem area aplikasi (utamane kemasan panganan), kanthi kauntungan ekonomi lan lingkungan sing signifikan.

Iki bisa digawe dadi kemasan panganan kanthi cara ngolah maneh sawetara molekul sing duweni potensi sing migunani kalebu lenga, protein, pewarna, peptida bioaktif, asam amino, kolagen, kitin, gelatin. Kemasan isih dianggep minangka bagean utama sakaproduksi bio-plastik, nyumbang 47% (990,000 ton) saka pasar bio-plastik ing taun 2020. Saka bahan-bahan ijo inovatif iki, film sing bisa dipangan/diurai sacara biologis kanggo aplikasi kemasan panganan wis narik kawigaten para peneliti ing akademisi lan industri.

Francesca Rioneto, saka Departemen Teknik Inovasi ing Universitas Salento, diterbitake ing Polymers. Artikel ringkesan, kanthi irah-irahan 'Aplikasi Bio-polimer Anyar saka Limbah Industri Iwak ing Kemasan Pangan', ngringkes kemajuan anyar ing valuasi limbah saka industri iwak lan potensi kanggo nggunakake maneh produk sampingan kasebut ing pendekatan ekonomi sirkular kanggo nyiapake bio-plastik kanggo kemasan panganan.

1. Protein otot
Protein otot dipérang dadi telung kategori gedhé miturut kelarutané: fibrin miogenik, protein sarkoplasma, lan protein matriks. Miofibrin minangka komponen utama otot rangka, nyumbang udakara 65-75% saka total protein otot. Miofibrin kalebu sawetara protein kontraktil, kayata miosin lan aktin, protein pengatur kayata protomyosin lan troponin, lan protein sekunder liyané. Amarga struktur lan lokalisasiné, miofibrin mbutuhake kahanan denaturasi, kayata larutan kanthi kekuatan ionik sing dhuwur kanggo dilarutake lan diekstrak.

Protein minangka salah sawijining bio-material sing paling umum digunakake ing industri panganan amarga nilai nutrisi, ora beracun, bisa diurai sacara biologis, lan kemampuane mbentuk gel. Ing taun-taun pungkasan, protein matriks iwak lan fibrin miogen wis entuk akeh perhatian amarga kemampuane mbentuk film sing bisa diurai sacara biologis, sing bisa dipangan kanthi gas penghalang sing apik, volatil organik, lan sifat lipid sing ora larut ing banyu nanging bisa larut kanthi nyetel pH larutan. Film-film iki digawe saka fibril otot iwak utawa protein otot duwe sawetara kaluwihan: (i) Penghalang UV sing apik banget dibandhingake karo film kemasan komersial sing digawe saka PVC; (ii) penghalang oksigen lan karbon dioksida sing apik; (iii) transparansi sing sithik; (iv) potensial kanggo produksi kemasan aktif.

Kekurangan utama sing mbatesi aplikasi komersial film iki yaiku kekakuan lan kekuatan mekanik sing kurang, sing luwih ditingkatake dening ikatan disulfida, ikatan hidrogen, lan/utawa interaksi elektrostatik amarga interaksi rantai protein-protein sing ekstensif ing jaringan film tipis. Kanggo ngatasi masalah iki, tingkat plasticizer sing dhuwur (udakara 40-60%) bisa ditambahake ing film sing bisa diurai kanthi biologis kanggo nyuda kerapuhan lan nambah daktilitas lan ketangguhan kanthi nyuda gaya antarane rantai protein-protein. Watesan liyane saka membran fibrin iwak yaiku alangan uap banyu sing kurang, sing disebabake dening hidrofilisitas asam amino sing dhuwur ing protein lan tambahan akeh plasticizer hidrofilik (kayata gliserol lan sorbitol) kanggo menehi membran fleksibilitas sing cukup. Ikatan silang kimia, sinar elektron, lan radiasi gamma wis dilapurake minangka metode sing efektif kanggo entuk film sing luwih kuwat lan kurang permeabel.

2. Kolagen laut

Kolagen iku protein kéwan sing paling umum amarga ditemokaké ing kabèh jaringan ikat (kayata, kulit, balung, ligamen, tendon lan balung rawan) lan jaringan interstitial organ parenkim.

Kolagen laut utamane diekstrak saka kulit iwak, balung iwak, sirip, sisik utawa jaringan ikat ubur-ubur, bulu babi laut, bintang laut utawa timun laut. Kulit iwak wis digunakake kanggo ngekstrak kolagen amarga 70-80% saka bahan garinge yaiku kolagen. Kajaba iku, sisik iwak minangka sumber kolagen laut liyane sing janjeni lan murah, sing nyumbang udakara 4% saka total bobot taunan jeroan iwak, udakara 18-30 yuta ton. Sisik iwak ngandhut komponen organik (kolagen, lemak, lesitin, protein keras, macem-macem vitamin, lan liya-liyane) lan komponen anorganik (hidroksiapatit, kalsium fosfat, lan liya-liyane).

Dibandhingake karo kolagen mamalia, kolagen laut nduweni bobot molekul sing padha utawa rada luwih endhek lan suhu denaturasi (lebur) sing luwih endhek, yaiku udakara 20-35°C kanggo umume iwak, dene nilai kolagen saka spesies banyu anget luwih dhuwur. Kanggo nambah stabilitas termal, perawatan crosslinking sing cocog wis ditliti.

Miturut Coppola, lan liya-liyane, massa garing kolagen sing diekstrak saka produk sampingan iwak bisa tekan luwih saka 50%. Kajaba iku, degreasing sajrone pangolahan iwak njamin ora ana ambu utawa rasa. Asring butuh wektu suwe kanggo ngekstrak kolagen saka sisik iwak kanthi cara kimia. Akibate, para peneliti saya kepengin ngerti proses sing cocog kanggo ngekstrak kolagen sisik iwak.

Dibandhingake karo kolagen mamalia, kolagen laut ora duwe watesan panggunaan kanggo alasan agama lan penyakit infeksi sing bisa kedadeyan, lan ing wektu sing padha duwe kapasitas mbentuk film sing apik banget, biokompatibilitas, antigenisitas sing kurang, biodegradabilitas sing dhuwur lan potensi pertumbuhan sel. Limbah iki nduweni potensi kanggo dikembangake minangka sumber kolagen sing ramah lingkungan lan murah kanthi akeh aplikasi potensial minangka pembawa obat/pangiriman utawa pembalut tatu ing macem-macem bidang kayata panganan kesehatan, kosmetik lan bio-obat-obatan. Amarga kapasitas penyerapan banyu sing dhuwur, kolagen minangka kandidat sing apik kanggo teksturisasi, penebalan, lan pembentukan gel. Kajaba iku, nduweni sifat menarik sing ana gandhengane karo prilaku permukaan, kalebu emulsi, pembentukan busa, stabilisasi, adhesi lan kohesi, fungsi koloid protèktif lan kemampuan mbentuk film. Sanajan wis digunakake minangka aditif panganan kanggo ningkatake sifat reologi panganan, kolagen laut durung dieksploitasi kanthi lengkap lan aplikasine luwih murah tinimbang kolagen mamalia.

Panggunaan film kolagen iwak ing industri kemasan diwatesi dening sawetara kekurangan, kayata stabilitas termal sing kurang lan sifat mekanik sing relatif kurang apik. Kajaba iku, kolagen minangka polimer hidrofilik kanthi gugus hidroksil. Mulane, uap banyu gampang ngliwati film kasebut. Kanggo ngatasi watesan kasebut, macem-macem upaya wis ditindakake, kalebu nyampur kolagen karo biopolimer liyane lan sawetara proses kimia lan enzimatik. Contone, Ahmed et al. nggunakake campuran kolagen lan kitosan sing diekstrak saka kulit jaket kulit, kapasitas bakteriostatik lan aktivitas bakteriostatik film kasebut ditingkatake, nanging elastisitas utawa kerapuhan film kasebut kena pengaruh.

3. Lem iwak

Gelatin iku protein sing wis didenaturasi sing asale saka hidrolisis parsial lan perawatan panas kolagen. Gelatin kasusun saka sakumpulan protein lan polipeptida kanthi bobot molekul sing beda-beda, komposisine gumantung utamane marang kolagen induk lan prosedur ekstraksi. Sajrone hidrolisis, ikatan molekul alami antarane rantai kolagen individu dipecah, ninggalake campuran polipeptida untai tunggal utawa multi, saben-saben kanthi konformasi heliks kiwa sing dawa lan ngemot 50-1000 asam amino. Rong jinis gelatin dipikolehi kanthi hidrolisis asam lan hidrolisis alkali, yaiku tipe A lan tipe B.

Amarga masalah agama lan keprihatinan babagan kesehatan panyebaran penyakit menyang manungsa, ekstraksi lan aplikasi gelatin saka kotoran iwak wis nuwuhake minat sing akeh. Gelatin minangka bio-polimer industri sing penting kanthi sifat pembentuk gel lan film sing signifikan sing bisa digunakake ing panganan, farmasi, lan bidang liyane sing gegandhengan.

Amarga sipate sing apik kanggo mbentuk film, biaya murah, biokompatibilitas, lan biodegradabilitas, gelatin iwak bubar iki dianjurake kanggo nyiapake film biodegradable ing kemasan panganan aktif kanggo ngganti polimer non-biodegradable tradisional lan gelatin berbasis mamalia liyane. Kanthi ngetrapake panas lan stres mekanik ing teknologi berbasis ekstrusi, gelatin gampang diproses. Kanggo nambah fleksibilitas, plasticizer digunakake minangka pelumas internal, sing nambah fluiditas molekuler. Larutan banyu gelatin bisa dipikolehi kanthi ngecor film gelatin. Film kasebut ora ana ambune, ora ana warna, transparan, larut ing banyu, lan luwih fleksibel tinimbang film berbasis bio liyane sing digunakake ing kemasan panganan. Amarga titik leleh gelatin cedhak karo suhu awak, film berbasis gelatin bisa digunakake kanggo nyiyapake film sing bisa dipangan. Kajaba iku, gelatin iwak wis nuduhake potensi gedhe minangka matriks senyawa bio-aktif sing apik banget kanthi fungsi sing ningkatake, kayata antioksidan/agen antibakteri.

Ketahanan banyu ditingkatake kanthi laminasi film gelatin iwak nganggo polimer biodegradable tahan lembab ing film multi-lapisan kanthi lapisan penghalang kelembapan lan oksigen sing dioptimalake kanggo kemasan lan kahanan tartamtu. Matutsch, lsp. Kanthi gelatin plastisisasi natrium montmorilonit minangka lapisan njero, pati dialdehida sing disambung silang, lan film gelatin plastisisasi minangka lapisan njaba, telung lapisan film gelatin dipencet panas. Amarga lapisan individu bisa saling berinteraksi karo ikatan hidrogen sing kuwat, membran multi-lapisan nuduhake struktur mikro sing kompak lan seragam. Penulis sing padha uga nyiyapake struktur multi-lapisan ing ngendi film asam poli-laktat tumindak minangka lapisan njaba kanthi permeabilitas uap banyu sing luwih dhuwur tinimbang polimer komersial liyane kayata polietilen kapadhetan dhuwur utawa polivinil klorida.

Cara liya sing njanjeni kanggo ningkatake sifat penghalang, sifat mekanik, lan sifat termal lem iwak kanggo kemasan panganan yaiku adhedhasar crosslinking. Utamane, kaya sing diulas Garavand, crosslinker berbasis alami wis narik kawigaten luwih akeh kanggo nimbang masalah lingkungan lan kesehatan uga masalah ekonomi. Liguori, lan liya-liyane ngembangake protokol kanggo crosslinking gelatin iwak karo asam sitrat. Perlakuan panas kanthi anané gula reduksi (sing diarani reaksi Maillard) wis dituduhake nyebabake proses crosslinking lan struktur jaringan sing diganti. Bubar, Maroufi, lan liya-liyane nduduhake crosslinking kimia gelatin iwak karo gugus aldehida K-karagenan.

4. Aplikasi kitosan ing kemasan panganan

Kitin, bio-polimer paling akeh nomer loro ing alam sawise selulosa, minangka polimer linier, polisakarida, sing dumunung ing dinding sel jamur lan ing plankton, krustasea, lan eksoskeleton serangga, awujud serat mikro kristal sing teratur sing ngasilake udakara 100 milyar ton kitin saben taun.

Sifat bio-kompatibel, non-toksik, lan bio-fungsional saka bio-polimer kitin lan kitosan ndadekake cocok kanggo aplikasi kemasan panganan. Utamane, bio-polimer kitosan sing diekstrak saka urang wis ditemtokake minangka umume diakoni minangka Aman (GRAS). Kitosan, ing sisih liya, luwih murah dibandhingake karo bio-polimer liyane. Nanging, sifat kitosan sing apik banget ndadekake luwih cocok kanggo aplikasi kemasan panganan. Contone, wis kasil diusulake kanggo ngluwihi umur simpan roti amarga wis dituduhake bisa nundha bali pati kanthi nyegah tuwuhing mikroba.

Tyliszczak, lan liya-liyane, nduduhake yen film kitosan uga bisa ngawetke stroberi. Kajaba iku, Zakaria, lan liya-liyane, nduduhake yen membran kitosan nyegah owah-owahan ing sifat fisik sayuran. Kitosan uga bisa digunakake kanggo ngasilake bungkus panganan sing dilapisi, saengga nundha tuwuhing mikroorganisme. Strategi kanggo ningkatake kinerja film kitosan kanggo kemasan panganan meh padha karo sing digunakake kanggo film gelatin iwak. Nyatane, pangembangan campuran polimer minangka cara sing efektif kanggo ningkatake sifat mekanik lan nyuda kelarutan banyu lan permeabilitas uap banyu. Sawetara polisakarida wis ditambahake ing kitosan kanggo produksi film campuran kanthi sifat pungkasan sing ditingkatake kanggo aplikasi panganan. Antarane, amarga biaya sing murah, kasedhiyan sing akeh lan biodegradabilitas, pati minangka salah sawijining polisakarida sing paling umum sing diusulake kanggo produksi biofilm adhedhasar kitosan.

Film kitosan/pati nuduhake adhesi bakteri sing suda, aktivitas antioksidan sing apik banget, lan sifat penghalang uap banyu sing tambah ing kemasan, saengga nuduhake potensi kesesuaian kanggo aplikasi tartamtu. Sawetara ilmuwan wis nyinaoni kemungkinan nyiyapake campuran selulosa/kitosan kanggo ningkatake sifat mekanik kitosan murni.

Limbah industri iwak nuduhake potensi gedhe minangka bahan mentah anyar kanggo produksi bio-polimer lan bisa digunakake ing macem-macem area aplikasi, utamane kemasan panganan. Pemanfaatan limbah iwak kanthi nilai tambah nduweni kaluwihan ekonomi amarga mbantu nyuda biaya pembuangan limbah sing aman lan ngasilake nilai tambahan kanthi ngolah maneh sawetara molekul sing bisa uga migunani. Kajaba iku, nilai tambah produk sampingan iwak nggawa sawetara kaluwihan lingkungan sing asale saka pengurangan pengisian lahan, pembakaran, lan pembuangan, sing minangka pemborosan sumber daya sing serius, uga substitusi saka polimer berbasis fosil. Kanthi cara iki, daur ulang limbah perikanan bisa duwe dampak positif marang ekosistem lan kelangsungan finansial perikanan. Dampak kasebut diarepake bakal saya tambah ing taun-taun ngarep.

Kontribusi utama saka tinjauan iki yaiku kanggo nuduhake manawa kabeh produk sampingan perikanan bisa digunakake kanggo ngembangake teknologi bio-pemurnian dibandhingake karo kilang minyak bumi klasik sing ana gandhengane karo emisi gas omah kaca berbasis karbon. Kaya sing dituduhake, fibro-fibrin, kolagen, gelatin, kitin, kitosan saka otot, visceral, kulit, sisik, sirip utawa cangkang krustasea wis dituduhake bisa nyukupi syarat teknis saka generasi anyar kemasan, sing diarani kemasan cerdas, sing nglibatake interaksi antarane kemasan lan panganan utawa panganan ing njero atmosfer kemasan. Prospek pasar ing mangsa ngarep bisa diarepake!