Ученые разработали способ переработки отходов капусты в продукты для здоровья и личной гигиены

Ученые из Наньянского технологического университета в Сингапуре разработали новый метод переработки отходов капусты для использования в продуктах для здоровья и личной гигиены, что позволяет сократить пищевые отходы и вредные выбросы.

Ежегодно во всем мире выбрасываются миллионы тонн продуктов питания и овощей. В случае с листовыми овощами, такими как капуста и салат, фермеры срезают наружные листья по мере их сбора, чтобы продавать овощи идеального размера и эстетически привлекательные, без признаков повреждения или пожелтения. Эта коммерческая практика приводит к тому, что значительное количество совершенно хороших съедобных листьев выбрасывается.

Так, только в Сингапуре в 2021 году образовалось около 817 000 тонн пищевых отходов, почти половина из которых — фрукты и овощи.

Известно, что фитохимические вещества, содержащиеся в растениях, предотвращают повреждение клеток организма и широко используются в потребительских товарах. Они включают в себя полезные для здоровья добавки, такие как антиоксиданты и лютеин, а также скрабы для лица и шампуни для волос с экстрактами капусты.

Существующие процессы извлечения фитохимических веществ из капусты энергоемки, требуют высокого давления и температуры, что способствует дополнительным выбросам CO 2 в окружающую среду. Более того, промышленные процессы экстракции каждый раз нацелены только на один тип фитохимикатов.

В поисках более устойчивого и эффективного метода превращения растительных отходов в «сокровища» исследователи NTU обратили внимание на природные глубокие эвтектические растворители (NADES) — нетоксичные жидкости, состоящие из соединений растительного происхождения, таких как аминокислоты, сахар, и побочный продукт растительного масла — для ответов.

Хотя NADES уже давно изучаются в технологии разделения для пищевой и фармацевтической промышленности, мало что известно об их способности извлекать различные классы биологически активных соединений из растительных отходов.

Сосредоточившись на биоактивных соединениях в капусте, исследовательская группа NTU изучила ряд NADES, смешивая их с переработанными отходами капусты, чтобы наблюдать, как молекулы реагируют друг на друга.

После повторных испытаний исследователи установили лучший растворитель NADES для оптимального извлечения биоактивных соединений. Команда NTU обнаружила, что когда отходы капусты и смесь NADES перемешивают и откладывают в сторону, они естественным образом разделяются на слои, что облегчает извлечение фитохимических веществ из капусты (полифенолов, каротиноидов и хлорофиллов) без необходимости нагревания.

Поскольку нет необходимости нагревать или предварительно обрабатывать отходы капусты, например, сушкой вымораживанием, затраты на более простой процесс экстракции снижаются. Исследовательская группа NTU уверена, что их недавно разработанный метод будет масштабируемым и привлекательным по стоимости для отрасли.

Ведущий автор исследования, профессор Ху Сяо из Школы материаловедения и инженерии NTU (MSE) и директор программы по устойчивой химии и материалам Наньянского научно-исследовательского института окружающей среды и воды (NEWRI), сказал: «Использование нетоксичных и природных растворителей в нашем методе делают его безопасным для пищевых продуктов. В то же время наш метод сохраняет активность извлеченных активных ингредиентов, что делает его очень привлекательным для промышленного применения. Извлеченные питательные вещества потенциально могут быть использованы для применения в средствах личной гигиены, продуктах, косметике».

Исследовательская группа NTU заявила, что их подход «отходы к ресурсам» позволяет решать как проблему с пищевыми отходами, так и сокращать выбросы, поддерживая развитие экономики замкнутого цикла с нулевыми отходами.

Установленные промышленные методы извлечения полезных соединений из растений включают использование вредных химических веществ, таких как метанол, которые могут представлять значительный риск для здоровья и безопасности. Напротив, подход исследовательской группы NTU использует NADES природного происхождения, которые нетоксичны.

Недавно разработанный процесс включает в себя сначала смешивание отходов капусты в пасту (или лиофилизацию и измельчение в порошкообразную форму). Затем исследователи смешали эту пасту со специально разработанным растворителем NADES и механически перемешали при комнатной температуре, а затем профильтровали смесь для извлечения полезных соединений. Весь низкоэнергетический процесс, в отличие от современных промышленных методов, требующих высокой температуры, также является быстрым и может быть завершен в течение 30 минут.

По словам исследователей, поскольку биоактивные питательные соединения чувствительны к температуре и разлагаются при нагревании, метод NTU помогает избежать разложения.

В лабораторных экспериментах команда обнаружила, что их подход успешно дал экстракт, который был в 2,2 раза богаче полифенолами по сравнению с обычными методами с использованием метанола. Более того, биоактивные фитохимические вещества оставались «активными» после хранения при четырех градусах Цельсия в течение 30 дней, демонстрируя превосходный срок годности.

Первый автор доктор Ли Сзе Ин, научный сотрудник Центра химии окружающей среды и материалов NEWRI во время исследования, сказал: «Наш подход к экстракции уникален, поскольку он позволяет одновременно извлекать и отделять несколько ценных соединений от растительных отходов в одном процессе без использования тепла. Более того, экстракт, богатый полифенолами, оставался стабильным в растворителе для экстракции, а это означает, что производители могут просто добавлять экстракт непосредственно в формулу своих косметических продуктов без дополнительной обработки, что сокращает время производства».

Команда подала патент на инновацию в Сингапуре. В качестве следующих шагов исследователи изучают возможность применения недавно разработанного метода для извлечения полезных соединений из других видов фруктов и овощей, а также лекарственных растений, таких как драконий фрукт, шпинат и салат.