Persbericht Goed nieuws voor de bio-economie: chitine uit garnalenpellen en krabbenschalen halen kan via ‘zachte’ biologische processen. En ook de nevenproducten vertonen potentieel.
“Met enzymen en bacteriële fermentatie is het even goed mogelijk om de nuttige stof chitine uit garnalenpellen en krabbenschalen te halen dan met agressievere chemie-gebaseerde processen,” zegt ILVO-UGent onderzoeker Yang Zou aan het eind van zijn doctoraat. Dat is goed nieuws voor de jonge sector van de bio-economie en producenten van chitine, een stof die o.a. gebruikt wordt in de productie van bio-plastics en additieven voor teeltsubstraten. Bovendien blijken ook de nevenproducten van deze duurzamere extractieprocessen interessante eigenschappen voor de bio-economie te vertonen, zoals het potentieel om vrije radicalen te neutraliseren, aaltjes te doden en de vorming van biofilms af te remmen. “Dit onderzoek smaakt in elk geval naar meer”, zeggen de promotoren Johan Robbens (ILVO) en Katleen Raes (UGent).
Verwerkingslijn bestaat maar is chemie-gebaseerd
Schaaldieren zoals garnalen, krabben en kreeften zijn zeer waardevol, zowel vanuit economisch als nutritioneel standpunt. De consument betaalt er een goede prijs voor, én ze zijn gezond. We hebben het dan uiteraard over het lekkere schaaldiervlees, maar ook de resterende schalen bevatten nuttige stoffen, zoals eiwitten, chitine en carotenoïden. Vaak worden de nevenstromen echter helemaal niet verwerkt. Recent is er wel een tendens ontstaan binnen de circulaire bio-economie en zero-waste om alle nevenstromen op te waarderen. Bij een gangbare verwerking worden die reststromen meestal opgewaardeerd, bijvoorbeeld tot veevoeder en componenten voor cosmetica en medische producten. Maar tot op heden gebeurt dit dan voornamelijk via chemische processen, waarvoor grote volumes solventen nodig zijn. De gebruikte chemicaliën hebben vaak ongewenste effecten op de fysicochemische eigenschappen van de beoogde producten. Om de raffinage van nuttige stoffen uit de reststromen van schaaldieren te optimaliseren is er dus nood aan “zachtere” biologische verwerkingsmethodes. ILVO-UGent onderzoeker Yang Zou voerde daarom experimenten uit met enzymatische hydrolyse en bacteriële fermentatie. Hij slaagde erin om op laboschaal perskoeken van chitine te produceren uit de reststromen, mét behoud van gewenste eigenschappen. Die chitine kan in vervolgprocessen worden gebruikt voor de productie van bio-plastic, additieven voor teeltsubstraten en nog veel meer.
Op biologische wijze van krabbenschalen naar stabiele grondstof, mét (nieuw) potentieel voor de bio-economie
Op basis van literatuurgegevens selecteerde de onderzoeker verschillende commerciële enzymen die garnalenpellen en krabbenschalen door hydrolyse kunnen afbreken tot hun componenten. Uit deze tests kwam een protease als een veelbelovend enzyme naar voor. De werking van dit enzyme werd verder geoptimaliseerd door de omstandigheden voor hydrolyse aan te passen op basis van de statistische methode response surface methodology (RSM). Onder deze omstandigheden konden twee fracties worden gegenereerd, waaronder een chitinerijke perskoek. Die laatste vertoonde interessante eigenschappen, die wijzen op een goede verwerkbaarheid.
Naast experimenten met enzymen, werden ook fermentatietests uitgevoerd. 92 stammen van mariene bacteriën werden gescreend op proteolyse, waarvan er 20 werden weerhouden voor tests met chitinesubstraten. Uiteindelijk bleken Pseudalteromonas bacteriën best te presteren. Opnieuw werden twee fracties bekomen. De chitinerijke perskoeken vertoonden ook hier factoren die wijzen op een goede verwerkbaarheid, met duidelijke verschillen tussen de verschillende bacteriestammen. Maar ook de tweede fractie bleek hier bijzonder interessant: screening van de eigenschappen toonde aan dat sommige van de bekomen stoffen vrije radicalen kunnen neutraliseren, aaltjes kunnen doden en de vorming van biofilms kunnen tegengaan. Dat zijn eigenschappen die potentieel ingezet kunnen worden bij onder andere gewasbescherming en voedselproductie.
Garnalenpellen: gelijkaardige behandeling, ietwat andere resultaten
Yang Zou onderwierp garnalenpellen aan hetzelfde proces van behandeling en analyse. Ook hier werden verschillende fracties bekomen: een eiwitrijke fractie, een natte fractie rijk aan carotenoïden, en een chitinerijke perskoek. Het hoofdproduct, de chitineperskoek, bleek opnieuw goed te scoren qua eigenschappen, vooral bij enzymatische behandeling met een tweetal commerciële proteasen. Maar ook de andere fracties bleken weer bijzonder interessant, met bijvoorbeeld hoge gehaltes aan carotenoïden na enzymatische behandeling, en hoge antioxidantenactiviteit na fermentatie. Mogelijke toepassingen daarvoor zijn te vinden in o.a. de farmaceutische en voedingsindustrie.
Potentieel voor verdere ontwikkeling
Dat biologische verwerkingstechnieken veelbelovend blijken voor de extractie van chitine, dat staat met dit onderzoek buiten kijf. Verder onderzoek dient zich dan ook te richten op opschaling en een meer doorgedreven vergelijking met chemische technieken, niet alleen naar milieubelasting maar ook naar kostprijs en efficiëntie en het inpassen van de biologische perskoek in de valorisatieketen.
Maar ook de “nevenfracties” van de biologische processen verdienen meer aandacht, vooral in het licht van de interessante eigenschappen die werden waargenomen. UGent promotor Katleen Raes: “In dit onderzoek werd al een begin gemaakt van het opsporen - via chromatografie - van de bioactieve verwerkte stoffen welke verantwoordelijk zijn voor het elimineren van radicalen, het doden van aaltjes en het remmen van biofilmvorming, maar daar is nog veel werk aan de winkel. Ook de effecten van de verschillende processing technieken op deze eigenschappen moeten verder worden onderzocht, zodat er in de toekomst meer kan gestuurd worden naar de vorming van een bepaalde bioactieve stof.”
ILVO promotor Johan Robbens ziet in de onderzoeksresultaten een bevestiging van de mogelijkheden van bio-economie en blauwe biotechnologie (de industrietak die zich richt op het oogsten van nuttige stoffen uit zee): “Qua bioactieve stoffen is de zee nog grotendeels onontgonnen terrein, maar de blauwe biotechnologie zet grote stappen vooruit. Belangrijk is wel dat ontginning op een duurzame manier kan gebeuren, met respect voor het milieu en met het doel om kringlopen zoveel mogelijk te sluiten. Bovendien willen we door cascadering meerdere stoffen uit één nevenstroom halen. Met dit onderzoek heeft Yang Zou daar een belangrijke stap in gezet.”
Dit onderzoek is uitgevoerd in het kader van het BlueShell project dat gefinancierd werd door het Era-Net Marine Biotechnology.
