von: Maja Berden Zrimec
Dieser Artikel wurde ursprünglich auf Englisch veröffentlicht und automatisch mit KI-Software übersetzt.
Die Verringerung der Lebensmittelverschwendung ist ein heißes Thema in der Nachhaltigkeitsdebatte. Aber wussten Sie, dass Lebensmittelabfälle eigentlich eine wichtige Quelle wertvoller Verbindungen sind, die in verschiedenen Branchen verwendet werden können? Leider nutzen wir das Potenzial von Lebensmittelabfällen noch immer nicht voll aus. Das meiste davon landet immer noch in der Kompostierung oder in Biogasanlagen zur anaeroben Vergärung. Auf diese Weise entstehen zwar Biokraftstoffe und Biodünger, die ein hohes Marktpotenzial haben und wirtschaftlich sinnvoll sind (1), aber es gibt noch viel mehr, was wir daraus gewinnen könnten.
Aus verschiedenen Arten von Lebensmittelabfällen können mit unterschiedlichen Technologien viele interessante Stoffe gewonnen werden (1-3). So können beispielsweise aus Obst- und Gemüseabfällen Zucker, Zellulose, Hemizellulose, Lignin, Pektin und Proteine gewonnen werden. Aus Altspeiseöl lassen sich freie Fettsäuren, Glycerin und Biodiesel gewinnen. Stärkehaltige Lebensmittelabfälle wie Brot, Reis und Nudeln können Glukose, Ethanol und Biowasserstoff liefern. Aus Molkereiabfällen wie Käsemolke und Buttermilch lassen sich Laktose, Milchsäure und Ethanol gewinnen. Fleisch- und Fischabfälle können uns Proteine, Lipide und Aminosäuren liefern. Aus Schalentierabfällen wie Krabben-, Garnelen- und Hummerschalen lassen sich Chitin und Chitosan gewinnen. Und Abfälle aus der Lebensmittelverarbeitung, wie Brennerei- und Brauereiabfälle und Abfälle aus der Zuckerindustrie, können Ethanol, Biogas und Biowasserstoff liefern.
Darüber hinaus können viele weitere Stoffe aus Abfällen gewonnen werden. Abfälle und Nebenströme aus der Landwirtschaft sind ebenfalls eine reiche Quelle für bioaktive Stoffe. Forscher haben eine Vielzahl von Verbindungen extrahiert, darunter Vitamine, Mineralien, Carotinoide, Glucosinolate, Proteine, Polysaccharide, Ballaststoffe und Aromastoffe, unter anderem aus Schalen, Samenfraktionen und Melasse (1-3). Antioxidative Verbindungen wie Hydroxyzimtsäure und Hydroxybenzoesäure, Anthocyane, Proanthocyanidine, Flavanole, Flavone, Flavanone, Isoflavone, Stilbene und Lignane haben aufgrund der hohen Gehalte in Lebensmittelabfällen noch mehr Interesse auf sich gezogen (1-3).
Um diese wertvollen bioaktiven Verbindungen zu extrahieren, wird am häufigsten die Flüssig-Flüssig-Extraktion oder die Lösungsmittelextraktion eingesetzt. Viele interessante Stoffe werden auch durch verschiedene Arten der Fermentation gewonnen. Lebensmittelabfälle und Nebenprodukte bestehen in der Regel aus Polysacchariden (wie Cellulose, Lignocellulose, Hemicellulose und Lignin), Zuckern (wie Glucose, Xylose, Galactose, Mannose und Arabinose) und phenolischen Verbindungen (wie organische Säuren). Der Extraktionsprozess ist entscheidend und kann je nach Art der extrahierten Verbindung verschiedene Lösungsmittel, Säuren, Laugen, Dampfdiffusion und Hydrodestillation umfassen (3). Herkömmliche Extraktionsverfahren können jedoch aufgrund ihres hohen Energieverbrauchs teuer sein. Um dieses Problem zu lösen, werden neue Technologien wie die ultraschallgestützte Extraktion (VAE), die mikrowellengestützte Extraktion (MAE), die Flüssigextraktion unter Druck (PLE), die Extraktion mit superkritischen Flüssigkeiten (SFE), das gepulste elektrische Feld (PEF), das moderate elektrische Feld (MEF), Elektrische Hochspannungsentladung (HVED) und membranbasierte Verfahren (wie Mikrofiltration (MF), Ultrafiltration (UF) und Nanofiltration (NF)) haben sich als effizienter für die Rückgewinnung bioaktiver Verbindungen aus verschiedenen Quellen erwiesen, darunter Abfälle und Nebenprodukte aus der Lebensmittelindustrie (3).
Die extrahierten bioaktiven Verbindungen sind wegen ihres potenziellen gesundheitlichen Nutzens interessant. So sind beispielsweise Antioxidantien für ihre Fähigkeit bekannt, vor Zellschäden und Entzündungen zu schützen, die mit verschiedenen Krankheiten in Verbindung gebracht werden. Darüber hinaus finden bioaktive Verbindungen in verschiedenen Industriezweigen Anwendung, wie z. B. Chitosan, das aus Muschelabfällen extrahiert werden kann. Es hat antimikrobielle Eigenschaften und kann in Lebensmittelverpackungen verwendet werden, um die Haltbarkeit zu verlängern. Polysaccharide wie Cellulose und Hemicellulose können zur Herstellung von Biokunststoffen verwendet werden, die biologisch abbaubar sind und herkömmliche Kunststoffe ersetzen können. Und Enzyme, die aus Lebensmittelabfällen gewonnen werden, können in verschiedenen industriellen Prozessen eingesetzt werden, z. B. bei der Herstellung von Biokraftstoffen und Lebensmittelzusatzstoffen. Die Extraktion dieser Verbindungen aus Lebensmittelabfällen könnte einen nachhaltigen und erschwinglichen Weg für ihre Herstellung bieten. In dem Maße, wie die Technologien zur Gewinnung dieser Verbindungen weiterentwickelt werden, können wir uns auf noch mehr innovative und nachhaltige Verwendungsmöglichkeiten für Lebensmittelabfälle freuen.
Nachhaltige Wertschöpfungskette durch VCG.ai
Wir arbeiten daran wertvolle bioaktive Verbindungen herzustellen, indem wir Branchen verknüpfen, die eine Verbindung zwischen den Erzeugern von organischen Abfällen und Nebenströmen und den materialverarbeitenden Unternehmen ermöglichen. Wir identifizieren auch die Technologien, die von den Abfallproduzenten eingesetzt werden können, um ihre Abfallströme effizient vor Ort zu verarbeiten.
Quellen:
1. Usmani, Z., Sharma, M., Karpichev, Y., Pandey, A., Kuhad, R.C., Bhat, R., Punia, R., Aghbashlo, M., Tabatabaei, M., Kumar Gupta, V. (2020): Advancement in valorization technologies to improve utilization of bio-based waste in bioeconomy context. Renewable and Sustainable Energy Reviews 131:109965. DOI: 10.1016/j.rser.2020.109965
2. Kumar, K., Yadav, A.N., Kumar, V., Vyas, P., Singh Dhaliwal, H. (2017): Food waste: a potential bioresource for extraction of nutraceuticals and bioactive compounds. Bioresour. Bioprocess. 4:18. DOI: 10.1186/s40643-017-0148-6
3. Castro-Muñoz, R., Díaz-Montes, E., Gontarek-Castro, E., Boczkaj, G., Galanakis, C.M. (2022): A comprehensive review on current and emerging technologies towards the valorisation of bio-based wastes and by products from foods. Compr Rev Food Sci Food Saf. 21:46-105. DOI: 10.1111/1541-4337.12894
