해산물 가공 부산물의 종합적 가치화를 위한 발효 기술 구현

[dhleepaul]

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/B9780323885102000026

Biorefineries to improve water and resource recovery in the seafood-processing industry

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해산물 가공 부산물의 종합적 가치화를 위한 발효 기술 구현: 귀중한 영양소 회수 및 활용도 향상에 대한 비판적 검토

샤히다 아누샤 시디퀴

,

단야 락슈미칸트

,

치란지브 프라단

,

자라 파라지네자드

,

로베르토 카스트로-무뇨스

&

아힐라시 사시다란

온라인 게시: 2023년 12월 14일

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• https://doi.org/10.1080/10408398.2023.2286623
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• 소개
• 자원회수 도구로서의 발효의 중요성
• 수산부류로부터 단백질 회수를 위한 발효기술 적용
• 수산부류로부터 지질회수를 위한 발효기술 적용
• 발효법을 이용한 수산부류로부터 생리활성 펩타이드 추출
• 동물 영양에 있어서 발효 해산물 부류의 응용 가능성
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추상적인

발효 기술은 다양한 측면 흐름에서 귀중한 영양소를 회수하기 위해 다양한 산업 공정에서 사용되는 생물정제 도구입니다. 이 기술의 유망한 응용 분야 중 하나는 해산물 측천에서 영양 성분을 재생하는 것입니다. 해산물 가공은 머리, 껍질 및 기타 측면 흐름을 포함하여 상당한 양의 폐기물을 생성합니다. 이러한 사이드 스트림에는 발효 기술을 사용하여 추출할 수 있는 귀중한 영양 성분이 다량 함유되어 있습니다. 발효 기술은 미생물을 활용하여 사이드 스트림을 바이오 연료, 효소 및 동물 사료와 같은 가치 있는 제품으로 변환합니다. 키틴, 키토산과 같은 천연 고분자는 식품, 의약, 농업 산업에서 다양한 용도로 사용됩니다. 또 다른 예는 해산물 측천에서 나오는 생선 단백질 가수분해물(FPH)입니다. FPH는 동물 영양 및 기능식품 산업에 사용될 수 있는 단백질이 풍부한 분말입니다. 생성된 가수분해물을 추가로 여과하고 건조하여 FPH 분말을 생성합니다. 발효 기술은 해산물 측천에서 귀중한 영양소를 회수하는 데 큰 가능성을 가지고 있습니다. 이 프로세스는 폐기물을 줄이고 폐기물로 간주되는 것에서 새로운 부가가치 제품을 생성하는 데 도움이 될 수 있습니다. 추가 연구 및 개발을 통해 발효 기술은 바이오정제 산업의 핵심 도구가 될 수 있습니다.

키워드:

• 동물 영양
• 생리활성 펩타이드
• 바이오리파이너리
• 발효
• 영양분 회복

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소개

2050년까지 90억 명 이상에 이를 것으로 예상되는 세계 인구의 빠른 증가로 인해 식량 수요가 크게 증가할 것입니다(Karimi et al.소환2021 ). 반대로, 개인이 더 풍요로워지면 프리미엄 식품 및 기타 제품에 대한 수요가 증가합니다. 그럼에도 불구하고, 특히 포획되는 식량 자원은 제한될 것입니다(Välimaa et al.소환2019 ). 매우 다양한 수생태는 전 세계 식량의 약 20%를 제공합니다(Sharma et al.소환2020 ). 또한, 거의 연구되지 않았지만 식품, 의약품 및 화장품에 높은 부가가치를 가질 수 있는 영양소와 생리 활성 화합물을 함유한 수백만 종을 포함하고 있습니다(Ucak et al.소환2021 ). 2030년까지 인간의 생계를 위해 1억 8,300만 톤의 해산물이 필요할 것으로 예상됩니다(Sharma et al.소환2020 ). 해산물 산업에서는 머리, 내장, 비늘, 뼈 등 상당한 양의 가공 폐기물이 발생하는데, 이는 원자재 중량의 약 40~60%를 차지합니다(Singh et al.소환2022 ). 결과적으로 해산물은 일반적으로 사용 가능한 질량이 적고 더 많은 측면 스트림을 생성합니다(Sharma et al.소환2020 ). 이러한 제품의 적절한 폐기는 양식 및 어업 부문에 부정적인 영향을 미치는 심각한 환경 위험을 초래할 수 있기 때문에 여전히 중요한 문제입니다(Marti-Quijal et al.소환2020년 ; Ucaket al.소환2021 ). 연구에 따르면 해산물 가공 시 부산물과 폐기 물에는 생물학적, 영양학적으로 중요한 다양한 단백질 성분과 다량의 폴리불포화지방산(PUFA), 미네랄, 젤라틴, 콜라겐 및 카로티노이드가 함유된 지질이 풍부합니다(Singh et al. 알.소환2022년 ; Ucaket al.소환2021년 ; Välimaaet al.소환2019 ). 오염을 방지하고 어업 및 양식 산업을 개선하기 위해 이러한 부류에 두 번째 기회가 주어져야 하며, 많은 필수 영양 및 기능 성분을 공급해야 합니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). 생리 활성 및 건강 증진 성분이 존재하면 화장품과 같은 식품 이외의 기술 외에도 건강 식품, 영양소 및 특수 사료에 대한 응용 개발이 가능합니다(Singh et al.소환2022년 ; Välimaaet al.소환2019 ). 

소비자들은 건강을 의식하는 라이프스타일을 채택하고 있으며 이는 이러한 추세를 뒷받침합니다. 환경 문제에 대한 소비자의 인식이 높아짐에 따라 부산물에서 파생된 신제품에 대한 긍정적인 이미지를 만드는 것도 가능합니다(Välimaa et al.소환2019 ). 또한, 유럽연합(EU) 위원회는 순환경제를 사회적 목표이자 혁신적인 발전 모델로 장려하는 그린딜(Green Deal)을 2020년에 제안했습니다(Donzella et al.소환2022년 ; Leong et al.소환2021 ). 지속 가능한 제품 디자인, 소비자 권한 부여 및 생산 프로세스의 순환이 모두 이 중앙 문서에서 논의됩니다. 또 다른 아이디어는 2차 원자재 산업을 발전시키는 것이다. 이는 종종 쓰레기로 버려지지만 대신 원료로 재사용될 수 있는 부류입니다. 공급망에 대한 대안을 식별하는 것은 부류와 환경 문제를 줄이는 두 가지 목표를 가지고 있습니다(Allegretti et al.소환2022 ). 결과적으로 기능성 식품, 영양제, 의약품, 화장품 등을 저렴한 비용으로 개발할 수 있다. 또한 부류와 가치가 낮은 해산물을 효율적이고 합리적으로 사용하면 지속 가능하고 환경 친화적인 생산을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다(González-Camejo et al.소환2023년 ; Ucaket al.소환2021 ). 

현재의 경제 역학에서는 부류로부터 자원 회수를 극대화하기 위해 보다 지속 가능하고 재생 가능한 기술이 필요합니다. 최근 몇 년 동안 영양 품질과 미생물 안전성을 개선하는 동시에 공정 강도를 줄이고, 에너지 사용량을 줄이며, 사이드 스트림 부하를 줄이고, 공정 생산성과 생산을 향상시켜 식품의 물리화학적 특성을 추가로 높이기 위한 여러 가지 새로운 가공 기술이 개발되었습니다. 이러한 장점은 부인할 수 없지만 경우에 따라 혁신적인 기술을 사용하는 데 드는 비용과 이에 대한 의존도가 장애물이 됩니다. 이러한 상황에서 미생물 발효나 효소 가수분해가 생물전환 과정으로 자주 사용됩니다(Singh et al.소환2022 ). 녹색 기술은 사용 편의성과 환경 안전성으로 인해 향후 식품 첨가물에서 자원을 추출하는 전통적인 기술을 대체할 것으로 예상됩니다(Venugopal 및 Sasidharan).소환2022 ). 최근 몇 년 동안 미생물과 효소를 사용하여 해산물에서 생리 활성 물질을 회수하는 녹색 추출 공정을 만들고 개선하는 "녹색 화학"이 인기를 끌었습니다(Singh et al.소환2022 ). 녹색 화학을 기반으로 한 바이오정제는 추출된 화학물질의 고유 품질을 손상시키지 않기 때문에 안전하고 효과적이며 생태학적으로 책임이 있습니다(Venugopal 및 Sasidharan).소환2022 ). 해산물 산업의 부산물은 생물정제를 통해 가치를 평가하여 생물재료 및 에너지원으로서의 가치를 높일 수 있습니다(Singh et al.소환2022 ). 녹색 기술은 효율성, 에너지 효율성 및 비용 효율성을 고려하여 확립된 평가를 통해 생리활성 화합물 회수에 대한 유망한 성능을 보여줄 수 있습니다(Venugopal 및 Sasidharan).소환2022 ). 고온에서 강산과 알칼리를 사용하는 화학적 추출이 널리 사용됩니다. 이러한 조건은 더 많은 에너지를 필요로 하며, 시간이 많이 걸리고, 처리 비용이 더 높으며, (산과 알칼리를 중화하고 세척하기 위해) 많은 양의 물이 필요하고, 얻어지는 물질의 특성(물리적, 화학적)이 더 나쁘다는 단점과 관련이 있습니다. 제품. 최근 해산물 가공 산업의 발전으로 인해 귀중한 성분을 회수하는 데 적용될 수 있는 생체 촉매 및 발효와 같은 생명공학 공정이 도입되었습니다(Singh et al.소환2022년 ; 베누고팔과 사시다란소환2022 ). 발효는 전통적인 화학 공정에 비해 환경에 미치는 영향이 적고 운영 비용도 저렴하기 때문에 식품, 에너지, 제약, 사이드 스트림 처리 산업 모두에서 발효에 주목하고 있습니다(Chai et al.소환2022 ). 따라서 생물학적 처리 시설을 통합하고 혁신 기반 활용 방법을 구현하면 바이오 경제를 창출하여 자원 회수를 극대화할 수 있습니다(Singh et al.소환2022 ). 녹색 화학을 해양 관련 산업에 통합하면 보다 수익성 있고 지속 가능하며 의식 있는 해양 경제로 이어질 수 있습니다(Venugopal 및 Sasidharan소환2022 ). 본 연구에서는 단백질, 지질, 생리활성 펩타이드와 관련된 고부가가치 자원을 회수하기 위한 바이오정제에 사용되는 발효 공정의 중요성과 해산물 부산물을 변환하는 데 사용되는 다양한 발효 전략을 조사합니다.

자원회수 도구로서의 발효의 중요성

예방 조치를 통해 생산부터 활용까지 모든 단계에서 먹을 수 없는 식품 부류의 생산을 줄일 수 있습니다. 이 시나리오에는 적절한 부류 관리 정책이 시급히 필요합니다(Dahiya et al.소환2018 ). 물리적, 화학적, 생물학적 공정은 종종 사이드 스트림 처리 기술에서 단독으로 또는 조합하여 사용됩니다. 물리적 및 화학적 과정은 종종 발효나 효소 가수분해와 같은 생물학적 과정보다 더 가혹하고 덜 생태학적입니다(Rai et al.소환2011년 시디퀴 외.,소환2023 ). 폐기된 물질과 해산물 부류의 가치를 평가하는 기존 방법은 물리적, 화학적 방법에 따라 달라집니다. 이러한 프로세스에는 항상 다양한 제한이 있으며 이러한 단점으로 인해 바이오리파이너리(Venugopal 및 Sasidharan)와 같은 친환경 대안에 대한 관심이 높아졌습니다.소환2022 ).

해산물 부산물의 가치 평가에서 바이오리파이너리의 역할

생명공학은 부가가치가 높은 제품을 생산하고, 제품 품질을 보장하며, 자원 회수를 위해 부수적 흐름을 제거하는 새로운 기술을 개발할 것을 약속합니다. 

이러한 방법은 부류 물질 및 수산물(Venugopal)로부터 산업용 생체분자를 재활용하는 새로운 녹색 기술로 인해 가능해졌습니다.소환2021 ). 친환경 프로세스를 이용한 복구가 가능합니다. 그 원천 중에는 미생물 발효, 효소 반응, 메탄 생성, 광합성 및 오일 처리가 있습니다. (Venugopal과 Sasidharan소환2022 ). 생물학적 절차는 저렴하고 안전하며 분리된 구성 요소의 특성에 해로운 영향을 거의 또는 전혀 미칠 수 없습니다. 

결과적으로 이러한 절차는 부류와 폐수를 유용한 제품으로 농축하는 유연하고 저렴한 방법을 제공합니다(Venugopal소환2021 ). 특히, 해산물 잔류물과 관련된 물질의 회수를 통해 수산 자원의 사용을 늘리고 해양 가치를 향상시키는 활동을 생산하고 다루는 바이오리파이너리의 경우(Veríssimo et al.소환2021 ). 바이오리파이너리 개념을 해양 산업에 통합함으로써 천연 자원을 보존하고 해산물 부류의 생산을 제거하는 동시에 고용을 창출하고 수익을 증가시킬 수 있습니다. 어류 가공으로 인한 부류는 바이오리파이너리에 실행 가능한 재생 가능 바이오매스 공급원을 제공할 수 있습니다. 바이오리파이너리 방식에서는 산업 화학 물질, 바이오 연료, 동물 사료, 유기 비료, 영양분 등을 포함한 부가가치 제품이 어류 측류에서 생산됩니다. 프로세스의 일부 주요 측면은 낮은 비용과 사용 용이성이며, 이는 높은 생산량을 유지하면서 인건비, 에너지 사용량 및 자재 비용을 낮추어 달성됩니다(Venugopal소환2021 ). 고분자, 천연 고분자, 미네랄의 복잡한 매트릭스가 해산물 사이드 스트림을 구성합니다. 결과적으로, 이들 잔류물로부터 부산물을 추출하는 과정은 종종 여러 단계와 분리 과정을 거치게 된다. 새로운 대상 구성 요소가 제공하는 특성과 품질, 그리고 필요한 상용 제품의 순도 수준에 따라 추출 플랫폼의 디자인이 변경됩니다(Veríssimo et al.소환2021 ). 현대식 바이오리파이너리는 매우 비용 효율적으로 구축되었으며 안전한 산출물(Venugopal)을 생성하는 동시에 처리되지 않고 위험한 원료(예: 산업, 주거 및 농업 부류)를 처리할 수 있습니다.소환2021 ). 

상당한 발전을 통해 블루오션 경제가 현실화되고 있습니다. 그러나 이러한 각 프로세스를 원활하고 효율적인 생산 시스템으로 결합해야만 전체 해양 생물정제소를 만들 수 있습니다(Veríssimo et al.소환2021 ). 원자재의 유형과 접근성에 따라 바이오정제 기술이 생성할 수 있는 연료의 양이 결정됩니다. 결과적으로, 이들 기술이 사이드 스트림 바이오정제라는 통합 개념 하에 결합될 수 있다면, 혼합되고 다양한 원료를 가공하여 부가가치가 있는 화학 제품과 함께 전력, 식품, 열, 사료 및 에너지와 같은 많은 재료를 생성할 수 있습니다(Nizami et al. 알.소환2017 ). 생물학적 처리 방법을 이용하면 사이드 스트림을 보다 효과적으로 처리할 수 있으며, 바이오 연료(수소, 메탄, 바이오에탄올), 바이오 소재, 플랫폼 화학 물질, 바이오 비료, 동물 사료, 바이오매스, 바이오 전기 등 다양한 제품을 생산할 수 있습니다.

귀중한 생체분자를 회수하기 위한 미생물 발효

화학 공정에 비해 안전성, 에너지 생산, 환경에 미치는 영향 및 운영 비용이 낮기 때문에 발효는 식품 가공, 제약 에너지 및 사이드 스트림 처리 산업의 관심을 얻었습니다. 이는 다양한 효소에 의해 촉진되는 미생물 활동을 통해 반응하는 모든 천연 물질의 과정으로 설명됩니다(Chai et al.소환2022년 ; W. Sun, 샤라자비안, 린소환2022 ). 발효의 사용은 pH 변화에 의한 가수분해와 관련하여 다양한 이점을 제공할 수 있으며 또한 다양한 측면 흐름에서 귀중한 제품을 생산하기 위해 수년 동안 사용되어 왔습니다(Marti-Quijal et al.소환2020년 ; 베누고팔과 사시다란소환2022 ). 발효는 인류가 고대부터 해왔던 생명공학적 과정이다. 오늘날 많은 화학물질은 산업 생산에서 중요한 역할을 하는 발효 기술을 사용하여 제조됩니다. 살아있는 미생물(균류, 균사체, 박테리아 또는 미세조류)이 이 과정에서 원료를 사용하여 고품질 제품(Venugopal)을 생산합니다.소환2021 ). 일반적으로 발효는 복잡한 유기 화합물을 산소 없이 포도당과 같은 단순한 화합물로 분해하는 효소 중심 과정입니다. 두 개의 ATP 분자를 생성하는 호기성 세포 호흡보다 발효 중에 더 적은 에너지가 생성됩니다. 유기체에 따라 발효는 다양한 다른 부산물을 생성할 수 있습니다. 발효 동안 박테리아, 곰팡이, 원생동물 및 동물 세포는 젖산, 젖산염, 이산화탄소(CO 2 ) 및 물을 생성합니다. 효모와 심지어 대부분의 식물 세포에서도 발효로 인해 에틸 알코올, CO 2 및 물이생성됩니다발효는 또한 최근 여러 측면 스트림(Venugopal 및 Sasidharan)에서 귀중한 제품을 생산하기 위해 활용되었습니다.소환2022 ). 발효 기술의 분류는 도식적으로 표시됩니다.그림 1. 발효 과정에는 종종 유기 물질인 내인성 전자 수용체를 사용하여 탄수화물과 같은 유기 물질을 산화시켜 에너지를 생성하는 과정이 포함됩니다. 종류는 일반형, 바이오매스형 또는 정밀형일 수 있습니다. 전통적인 발효는 수천년 동안 존재해 왔습니다. 바이오매스 발효는 영양소, 생체재료, 효소, 향료, 연료 및 의약품으로 활용될 수 있는 세포 덩어리를 생성하기 위해 1980년대부터 식품 사업에 사용되었습니다. 최근에는 배양육 구성물을 만들기 위한 대체 단백질의 공급원이 되었습니다(Venugopal소환2021 ). 미생물 형질전환 기술은 유망한 생명공학 물질을 분리하고 사용하는 효율적인 방법을 제공합니다(Dahiya et al.소환2018년 ; 베누고팔소환2021 ). 박테리아, 곰팡이 및 원생동물은 통성, 혐기성 또는 호기성 기능을 위해 활용되는 미생물의 예입니다. 혐기성, 회분식, 연속식 또는 유가식 미생물 발효 공정은 모두 고체, 침지 또는 액체 배지에서 가능합니다. 원하는 양에 도달할 때까지 연속 또는 펄스 배지 배양을 추가함으로써 유가식 장치는 유기산, 에탄올, 미생물 바이오매스, 효소, 항생제, 비타민 및 기타 화합물을 생산하는 데 자주 사용됩니다. 더 높은 생산성, 더 높은 환경 내 용존 산소 수준, 더 나은 생분해 속도 및 더 짧은 발효 시간은 전통적인 비연속 공정에 비해 유가식 공정의 이점입니다(Venugopal소환2021 ). 다른 생물학적 플랫폼과 비교하여 혐기성 발효는 생물학적 측면 흐름, 특히 식품 측면 흐름에서 바이오 연료 및 환경 화학 물질을 생성하는 데 많은 관심을 끌고 있습니다(Dahiya et al.소환2018 ). 유산균(LAB)의 발효는 발효수산물(Venugopal)을 만드는 일반적인 기술이다.소환2021 ). 일반적으로 안전하다고 인정되는 유기체를 이용한 미생물 발효는 여러 가지 상업적인 장점을 가지고 있습니다. 이제 EU의 이 새로운 계획에는 최소 400개의 제조업체가 포함됩니다(Nizami et al.소환2017 ). 긍정적인 소식은 Euromonitor(Venugopal 및 Sasidharan)에 따르면 최근 몇 년간 전 세계적으로 강화/기능성 식품의 판매가 극적으로 증가했다는 것입니다.소환2022 ). 2027년에는 어류 단백질 가수분해 시장이 크게 늘어날 것으로 예상된다. 발효는 최근 몇 년 동안 다양한 부류를 가치 있는 제품으로 전환하는 데 사용되었습니다(Venugopal 및 Sasidharan).소환2022 ). 식품 부산물에 대한 생물학적 정화는 화석 기반 정화를 어느 정도 보완할 수 있으며 바이오 연료, 제품 화학 물질 및 생물학적 물질을 포함한 다양한 바이오 기반 최종 제품을 생성하여 생물 경제, 자원 보안, 생태계 서비스 및 기후의 중요한 동인을 다룰 수 있습니다. 비료. 식품부류를 생물학적으로 처리함으로써 우리는 곧 환경에 미치는 영향을 최소화하면서 지속 가능한 경로를 달성하게 될 것입니다(Dahiya et al.소환2018 ).

그림 1. 다양한 발효의 메커니즘.

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생체분자를 회수하기 위한 젖산 발효

연구자들은 LAB가 동물 및 어류 가공 부문에서 생성된 측면 스트림의 측면 스트림 안정화 및 생체분자 회수에 어떻게 영향을 미치는지 조사했습니다(Coimbra소환2016년 ; Kumaret al.소환2018년 ; Marti-Quijalet al.소환2020년 ; Vázquezet al.소환2019 ). 젖산 발효는 사료나 중화제로 바로 사용할 수 있는 제품을 생산하는 생태학적으로 허용되는 공정이기 때문에 사이드 스트림의 경우 인기를 얻고 있습니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). 예를 들어, 해산물 측류 가공에서 생체분자를 추출하려면 발효를 제어해야 합니다. LAB 발효는 산 접근법보다 더 큰 영향을 미칩니다. 이 미생물은 디아세틸 과산화수소, 유기산, 박테리오신과 같은 수많은 화합물을 생산합니다. 부패미생물을 억제하고 식품의 맛과 식감을 개선하는데 상당한 효과가 있습니다. 상업용 LAB 균주는 식품 및 식용 산업이 발효의 혜택을 누리는 데 필수적입니다(Özyurt et al.소환2017 ). 유기체의 종류, 접종원의 양, 발효 초기 및 발효 중 pH 모두가 젖산 형성에 영향을 미칩니다. 설탕이 분해될 때 생성되는 젖산은 pH를 낮추어 박테리아의 발생을 감소시키고 산성 프로테아제의 활성을 촉진합니다. 이러한 효소는 해산물에서 발견되는 단백질에서 가장 잘 기능하며, 그 중 다수는 키틴, 카로티노이드 및 지질에 부착되어 있습니다(Venugopal소환2021 ). 도살장의 생선과 부산물은 LAB 발효를 사용하여 성공적으로 보존되었습니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). 허용 가능한 양의 발효 가능한 탄수화물의 추가, 발효 중 pH 감소 및 완제품 보관, 시작 배양물의 빠른 성장, 충분한 젖산 생성은 효과적인 젖산 발효를 위한 세 가지 주요 요구 사항입니다. 24~48시간 또는 특정 상황에서는 3.9시간 내에 생선이나 동물성 부산물, 탄수화물 및 시작 배양물의 혼합물이 발효되어 4.4~5.0 범위의 pH 수준을 생성할 수 있습니다. 도축부산물의 발효과정이 성공적으로 이루어지면 pH가 5.0 이하로 유지되어야 하며, 그 상태가 1년 미만이어야 한다. 유통기한을 연장하는 일반적인 방법인 생선 발효는 필요한 박테리아 대사산물을 생성합니다. 항산화 화학물질, 오일, 단백질 가수분해물의 생성은 모두 부산물 발효에 의해 개선됩니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). LAB은 오랫동안 발효 생선 제품을 만드는 데 사용되어 왔습니다. 키틴에 결합된 단백질, 지질, 카로티노이드에 작용하는 산성 프로테아제는 pH가 낮을 때 더 활성이 높습니다(Venugopal소환2021 ). 발효는 pH 변화를 유발하여 가수분해에 여러 가지 이점을 제공할 수 있습니다. 여러 가지 주요 장점 중 발효는 글루타티온과 관련된 항산화 펩타이드의 효능을 강화하여 산화 스트레스 손상을 예방합니다. 또한, 단백질을 가수분해하고 펩타이드와 더 짧은 아미노산으로 분해하는 발효는 동물 사료 단백질 공급원으로 사용될 때 더 나은 소화 가능한 단백질을 생산합니다. 이는 생선 영양 함량을 향상시키는 훌륭한 도구입니다. 개미산 처리와 비교하여 발효는 어류 측류 오일 품질을 향상시킵니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). 따라서 발효를 통해 효소, 세포 덩어리, 향료 및 식품 첨가물을 비롯한 다양한 부가가치 제품이 생산될 수 있습니다. LAB에 의한 발효는 또한 식용을 식용으로 바꾸고, 식품을 보존하고, 영양가를 높이고, 독성을 낮추며, 요리 시간과 에너지를 덜 필요로 하는 다양한 식품을 만들어냅니다(Venugopal소환2021 ). 이 기술은 유리하고 안전하며 환경에도 좋습니다. 이는 많은 에너지를 소비하지 않을 뿐만 아니라 광범위한 화합물을 얻을 수 있는 가능성을 제공합니다(Marti-Quijal et al.소환2020년 ; 베누고팔소환2021 ).

해산물 부산물로부터 얻은 생체분자의 다양한 응용

해산물 내장에서 발견되는 색소, 키틴, 지질 및 단백질은 회수되거나 다양한 바이오제품을 만들기 위한 저렴한 기질로 사용될 수 있습니다(Veríssimo et al.소환2021 ). 생선 부산물 발효로 인해 고품질의 단백질, 오일 및 항산화제가 생성됩니다. 발효산물은 수생생물(Venugopal)의 영양제로 활용될 수 있다.소환2021 ). 또한, 어류 측류에는 비료 제조에 적합한 질소, 인, 칼슘이 풍부한 화합물이 포함되어 있습니다. 이들 비료는 현재 시중에 판매되고 있으며 유기농법으로 승인되었습니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). 다양한 미생물의 도움으로 물고기 측 흐름을 액체 비료로 전환하는 것이 가능했습니다. 이 재료는 실온에서 최대 6개월 동안 부패 저항성을 나타냈습니다(Venugopal소환2021 ). 대부분의 경우, 재배 가능한 원료로 변환하기 위해 이러한 기질에 예비 전처리가 적용됩니다. 칼슘, 질소, 인산염이 풍부한 이 전처리된 고체 제품의 사용은 토마토 수확, 바이오제약 및 얼음 상추( Lactuca sativa L.) 작물에 도움이 되었습니다. 한편, 배양 실험에서는 일반적으로 다양한 생체분자를 생산하기 위해 영양이 풍부한 청색 액체 상청액을 출발 배지로 사용합니다. (Veríssimo 외.소환2021 ). 라시드, 정, 김(소환2018 ) Bacillus cereus를 사용하여 새우 껍질 분말을 발효하여 설탕, 항산화제 및 DNA 보호 화학 물질을 생성했습니다. 유가식 발효와 배치식 생물학적 분해를 비교할 때 더 높은 결과가 보고되었습니다(Rashid, Jung, Kim소환2018년 ; 베누고팔소환2021 ). STP 조건에서 1kg의 식품 측 흐름은 385g의 프로피온산, 916g의 부티르산 및 624.96g의 아세트산을 생성할 수 있습니다(Dahiya et al.소환2018년 ; Nizamiet al.소환2017 ). 생물학적 분자 외에도 수산물의 부산물에서도 에너지를 얻을 수 있습니다. STP의 식품부류의 발열량은 5350KJ/kg으로 바이오에너지 자원으로 사용될 가능성이 있음을 시사합니다. 1g의 포도당은 완전히 산화되어 16KJ의 에너지를 제공해야 합니다. 50%의 전환 효율에서 식품 측 흐름에서 나오는 1kg의 COD는 15.62mol의 메탄올(350L 메탄올)을 생성하며, 이는 13,882KJ의 에너지 생산과 3.85kWh의 전력 생산을 초래합니다(Dahiya et al.소환2018 ). 바이오경제의 성장과 환경적 지속가능성은 식품부수로 만든 에너지 집약적이고 경제적으로 실행 가능한 제품의 사용에 의해 크게 도움이 될 수 있습니다. 또한, 공동 생산을 통해 자원 회수를 극대화하기 위해 여러 가지 방법을 결합하면 환경에 대한 식품부류의 해로운 영향을 일정 수준까지 줄일 수 있습니다(Dahiya et al.소환2018 ).1 번 테이블발효 기술의 다른 가능한 용도를 요약합니다.

표 1. 잠재적인 적용을 위한 발효 기술.

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수산부류로부터 단백질 회수를 위한 발효기술 적용

생명에 필요한 6가지 필수 영양소 중에서 단백질은 중요한 생체 활성 분자입니다(Mao et al.소환2017 ). 살아있는 유기체는 성장하고 발달하기 위해 영양소, 단백질 및 생리 활성 펩타이드가 필요합니다(Ucak et al.소환2021년 ; Välimaaet al.소환2019 ). 단백질 수요를 공급하려면 지속 가능한 접근 방식이 필요합니다. 식품 생산 시스템의 생물 다양성 증진, 재생 방법을 통한 대체 단백질 생성, 사이드 스트림에서 건강에 좋고 지속 가능한 단백질 회수 등이 그 중 일부입니다. 단백질은 식품 사이드 스트림, 특히 해산물에서 발견될 수 있습니다(Ucak et al.소환2021 ). 어류 측류의 기본 단백질 함량은 가공 유형과 어류에 따라 8~35%로 다양합니다(Vicente et al.소환2022 ). 해산물 부산물에서 가수분해된 단백질과 뼈, 내장 기관, 콜라겐과 같은 성분을 포함한 생리 활성 펩타이드를 포함한 생물학적 활성 화합물이 분리될 수 있습니다(Mao et al.소환2017년 ; Ucaket al.소환2021 ).

발효는 지난 세기 동안 다양한 응용 분야에서 사용된 환경 친화적이고 경제적인 방법입니다. 발효는 단백질을 포함한 다양한 귀중한 화합물을 생성합니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). 발효 해산물 측류에서 추출한 단백질에는 필수 및 비필수 아미노산이 포함되어 있습니다(Mao et al.소환2017년 ; Ucaket al.소환2021 ). 이는 육류 및 계란 단백질과 비슷한 영양가를 가지고 있습니다(Ucak et al.소환2021 ). 해산물 측류에는 발효에 의해 회수될 수 있고 다양한 용도로 사용될 수 있는 다양한 단백질 화합물이 포함되어 있습니다. 근육 단백질의 가수분해는 식품 및 제약 분야에서 유익한 생리학적, 기술적 특성을 지닌 생리활성 펩타이드를 생성할 수 있습니다(Ucak et al.소환2021 ). 젤라틴은 필름, 에멀젼, 섬유, 폼, 하이드로겔 등과 같은 단백질 기반 복합 생체 재료에 응용됩니다. 뚜렷한 구조적 및 기능적 특성으로 인해 생선 콜라겐과 젤라틴은 치료, 생물 의학, 화장품 및 생명 공학 분야에 사용됩니다. 이들은 식품 유화제, 발포제, 안정제, 영양 마이크로 캡슐화로 사용될 수 있으며 저지방 식사의 감각적 특성을 향상시킵니다(Venugopal 및 Sasidharan).소환2022 ). 또한, 이러한 단백질은 포도당의 대사를 조절하고, 지질 프로필에 유리한 효과를 가지며, 혈압을 조절하는 등의 유익한 대사 효과를 제공합니다(Ucak et al.소환2021 ). 이러한 발전은 기존의 발효 대신 "바이오매스 발효"를 사용합니다. 백본 발효는 연구되어 시장에 출시되고 있는 새로운 대체 단백질입니다. 미생물에 따라 발효는 가수분해 효소(프로테아제, 리파제, 키티나제)와 기타 효소를 생산할 수 있습니다. 어류 측류를 탄소-질소 공급원으로 사용하는 미생물 발효는 수산 측류(Venugopal 및 Sasidharan)에서 다양한 정도의 유용 물질을 추출하는 경제적이고 안전하며 환경 친화적인 방법입니다.소환2022 ). 생체분자 회수에는 비병원성 박테리아 효소의 사용이 필요합니다(Rai et al.소환2011 ). 이들 미생물은 특정 원료 성분을 분해하여 가수분해물을 생성하는 가수분해 효소를 방출합니다(그림 2) (Gao et al.소환2021 ). 다른 소스에서 파생된 프로테아제와는 달리, 다양한 미생물에 의해 생성된 미생물 프로테아제는 여러 가지 이점을 제공합니다. 여기에는 저렴한 생산 비용, 대량 생산 가능성, 더 빠른 효소 분리 시간, 효소 효율성을 높이는 유전 공학에 반응하는 유기체의 능력이 포함됩니다. Bacillus spp., Bifidobacterium spp. 및 젖산균이 가장 흔히 사용되는 미생물 프로테아제입니다(Godinho et al.소환2016 ). 프로테아제는 식품 측 흐름을 탈염하고 단백질을 제거합니다(Ucak et al.소환2021 ). 발효에는 자연적으로 발생하거나 단백질과 당을 가수분해하기 위해 첨가된 미생물이 필요합니다. 가수분해된 단백질의 생산에 영향을 미치는 두 가지 성장 매개변수는 접종 환경과 배지의 펩타이드 함량입니다. 세포외 미생물 프로테아제는 분자량과 아미노산 서열이 다른 광범위한 펩타이드를 가수분해합니다. 이러한 생리활성 펩타이드는 매혹적인 특징을 가지고 있습니다(Godinho et al.소환2016 ). 전체적으로 해산물 부산물에서 생성된 펩타이드는 항균 활성, 항산화 활성, 항증식 효과, 항고혈압 활성, 항응고 작용, 칼슘 흡수, 뼈 무기질화 등과 같은 생물학적 특성을 갖는 경우가 많습니다(Ucak et al.소환2021 ). 여러 저자의 최근 연구는 단백질 분해를 통해 생리활성 펩타이드를 제조하기 위해 미생물을 활용하는 데 중점을 두었습니다(Godinho et al.소환2016 ). A26을 사용하여 어육에서 생산된 단백질 가수분해물은 Jemil et al. (소환2014 ) 기능성, 항균 및 항산화 특성에 대해 연구했습니다. 다양한 어육을 활용한 발효로 생성된 가수분해 단백질의 유익한 용해도, 유화 안정성 및 거품 형성 능력을 입증했습니다. Bacillus subtilis A26 의 단백질 분해 효소는항산화 및 항균 활성을 갖는 어류 단백질의 생물정제 과정에서 펩타이드를 생성했습니다(Jemil et al.소환2014 ). 또 다른 연구에서는 민물고기 머리측 하천에서 분리한 유산균을 이용하여 Bacillus subtilis를 발효시켜 지질과 단백질을 동시에 회수한 결과가(소환2014 ). 연구 결과에 따르면 발효는 지방산이나 지질 프로필에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났습니다. 항박테리아 및 항산화제인 어두 단백질은 식품 조성물에서 기능성 첨가제로 사용될 수 있다. 따라서 인간의 건강을 증진하거나 식품의 유통기한을 연장할 수 있습니다. 발효된 가수분해 단백질은 다양한 박테리아 종에 대해 항균 특성을 나타냈습니다. 제약 사업, 영양 보충제, 식품 보존 분야에서 그 용도를 볼 수 있습니다(Ruthu et al.소환2014 ). Fang et al.에 따르면 Aspergillus oryzae를 이용한 생선 수프 발효로 만든 가수분해물(소환2017 ), 또한 강력한 항산화 활성을 나타냅니다. 이는 식품 및 의약 분야에서 광범위하게 응용할 수 있는 저렴한 항산화제 공급원일 수 있습니다. 이러한 응용에는 식품 보존 및 건강 증진을 위한 응용이 포함됩니다(Fang et al.소환2017 ). 마지막으로, 발효 바이오프로세스는 어류 측류를 가치 있는 기능성 소재로 변환하면서 환경 영향을 최소화함으로써 청정 생산에 기여합니다.표 2해산물 부산물의 가치를 높이기 위한 발효의 다양한 적용을 보여줍니다. 따라서 발효는 많은 옵션을 제안하고 다양한 이점을 얻기 위해 사용될 수 있는 방법임이 확실해 보입니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ).

그림 2. 해산물 측면 하천에서 귀중한 물질 회수.

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표 2. 해산물 측류에서 단백질을 회수하기 위한 발효 기술

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수산부류로부터 지질회수를 위한 발효기술 적용

발효는 지질 폐기물의 가치를 변화시키고 향상시키는 데 적합한 수단으로 간주될 수 있습니다. 발효 과정의 결과, 폐기물의 종류에 따라 가수분해된 단백질이 풍부한 분획과 오일, 키틴 또는 콜라겐이 생성됩니다. 수산업 폐기물 지질 기반 화합물의 단백질 외에 어유, 다중 불포화 지방산(PUFA), 인지질 및 콜레스테롤이 포함됩니다. 에이코사펜타엔산(EPA) 및 도코사헥사엔산(DHA)과 같은 지방산은 생선 가공 과정에서 부산물/폐기되는 영양학적으로 가치 있는 성분의 공급원으로 잘 알려져 있습니다. PUFA는 고혈압, 심혈관 질환 위험, 염증성 질환 및 자가면역 질환을 감소시키는 이점을 가지고 있습니다. (킴과 멘디스소환2006 ). 최근 몇 년간 어유의 경제적 가치는 주로 수요와 공급의 불규칙성과 관련된 문제로 인해 감소했습니다. 예측에 따르면 이러한 추세는 가까운 미래에도 지속될 가능성이 높습니다(Turchini, Torstensen 및 Ng).소환2009 ). 수요 증가로 인한 문제를 해결하기 위해 어유에 대한 실행 가능한 대안을 신속하게 채택하고 식별하는 것이 점점 더 중요해지고 있습니다. 결과적으로, 어유의 보충 공급원을 탐색하는 데 중점을 두고 있습니다. 수산업에서 수산업 측면 스트림에서 회수된 지질은 어유에 대한 탁월한 대체품으로 사용될 수 있을 뿐만 아니라 어유 수요를 어느 정도 충족시킬 수 있습니다. 이러한 맥락에서 발효와 같은 생물학적 방법이 중요해지고 있습니다. 발효는 음식물 쓰레기 내 미생물의 성장이 식품 매트릭스에서 성분을 안전하고 효과적으로 방출하는 생물전환을 가능하게 하는 것으로 간주됩니다(SF Bruno et al.소환2019년 ; Dessieet al.소환2020년 ; Shavandiet al.소환2019 ). 젖산균(LAB) 의존적 생물전환은 먹을 수 없는 생선을 식용으로 만들고, 독성을 줄이며, 조리 시간과 영양분을 보존하고 줄이는 장점이 있습니다. LAB 발효는 설탕을 젖산으로 분해하여 pH가 낮아져 결과적으로 pH가 3.5로 낮아집니다. 리파제는 에스테르 복합체 생성을 촉매할 수도 있는 트리아실글리세롤 가수분해효소로 작용합니다. 생선 내장은 19~21가지 지질의 좋은 공급원입니다. 발효를 통해 최대 85%의 지질을 회수할 수 있습니다(Rai et al.소환2010 ).

수산업 폐기물에서 지질 함량은 4~43.8%인 것으로 보고되었습니다. 이들 지질은 산화되기 쉬운 고도불포화지방산(PUFA)의 상당한 공급원입니다. 생선 내장 폐기물과 과산화물 값은 생선 내장 폐기물이 자가분해되는 동안 발효 3~4일까지 증가하는 것으로 나타났습니다. 어유 회수 기존 방법에는 가열 등의 물리적 처리와 원심분리에 의한 오일 분리가 포함됩니다. 생선 내장 폐기물에서 기름을 제거하기 위해 용매를 사용할 수 있지만 이는 비용 효과적인 접근 방식이 아닙니다. 생선 내장 측류에서 기름을 회수하는 방법은 젖산 발효를 사용하여 연구할 수 있습니다(Rai et al.소환2011 ). 발효 중 회수된 오일의 품질은 젖산 발효(LAF)가 품질에 미치는 영향을 줄이면서 오일을 회수하는 더 나은 방법으로 간주된다는 것을 보여줍니다. 발효를 통해 회수된 오일의 지방산 조성은 용매 추출을 통해 얻은 것과 구별할 수 없습니다. 지방산 조성의 측면에서 보면 포화지방산과 불포화지방산이 고르게 분포되어 있습니다(Rai et al.소환2011 ). 생선 가공 부류의 경우 회수된 기름은 불포화지방산이 풍부한 생선기름의 유능한 대체 공급원이 될 수 있습니다.

고기에 비해 민물고기와 바다고기의 내장과 머리에서 추출한 지질의 함량이 더 높습니다(Rai et al.소환2011년 ; Swapnaet al.소환2010 ). 생선 기름의 유망한 대체품은 생선 유래 지질에서 추출한 지방산 구성에 있습니다. 이러한 지질은 카로티노이드와 함께 다양한 생체 기능성을 제공합니다. 호기성, 혐기성 또는 조건성 박테리아, 곰팡이, 균사체 또는 미세조류를 비롯한 미생물은 발효 과정에서 중요한 역할을 합니다. 이들은 모두 리파제, 키티나제 및 프로테아제를 포함하는 가수분해 효소의 생산을 가능하게 합니다. 이는 폐기물의 탈염 및 단백질 제거를 돕는 전통적인 단백질 분해 처리 중 알칼리 대체에 관여하는 미생물에 달려 있습니다. 유산균은 생물전환을 돕고, 영양강화에 도움을 주어 먹을 수 없는 음식을 먹을 수 있게 만들고, 보존하며, 조리시간을 줄이고 독성을 줄입니다. LAB 발효는 설탕을 젖산으로 분해하는 데 도움이 되어 PH가 3.5로 낮아집니다. 낮은 PH는 폐기물 내 탄수화물, 지질, 카로티노이드 및 미네랄에 결합된 단백질을 방출하는 산성 프로테아제와 같은 효소의 최적 활성을 돕습니다. 산은 젖산칼슘을 형성하는 주요 미네랄 성분인 탄산칼슘과 반응하여 오염 미생물의 성장을 제어하고 세포의 탈염을 초래합니다. 미생물 발효는 최소한의 유기 용매 요구 사항으로 단순성, 신속성, 쉬운 취급 및 제어 가능성으로 인해 선호됩니다. 안전성, 낮은 에너지 소비 및 환경 친화성을 제공합니다. 더 깨끗하고 친환경적이며 경제적인 공정인 키틴 바이오 추출은 발효의 이점을 활용하여 단백질 가수분해물, 키틴 및 오일의 품질을 향상시키는 동시에 항산화제를 생성합니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). 젖산발효(LAF)는 2000년대부터 키틴 생산에 사용되었으며, 어류 내장 발효는 함량의 19~21%를 구성하는 지질을 회수할 수 있습니다(Rai et al.소환2010 ).표 3해산물 측류에서 지질을 회수하기 위해 채택된 주요 발효 기술을 묘사합니다.

표 3. 해산물 측류에서 지질을 회수하기 위한 발효 기술

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발효법을 이용한 수산부류로부터 생리활성 펩타이드 추출

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해산물 가공 부산물의 종합적 가치화를 위한 발효 기술 구현: 귀중한 영양소 회수 및 활용도 향상에 대한 비판적 검토

샤히다 아누샤 시디퀴

,

단야 락슈미칸트

,

치란지브 프라단

,

자라 파라지네자드

,

로베르토 카스트로-무뇨스

&

아힐라시 사시다란

온라인 게시: 2023년 12월 14일

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• https://doi.org/10.1080/10408398.2023.2286623
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• 자원회수 도구로서의 발효의 중요성
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• 수산부류로부터 지질회수를 위한 발효기술 적용
• 발효법을 이용한 수산부류로부터 생리활성 펩타이드 추출
• 동물 영양에 있어서 발효 해산물 부류의 응용 가능성
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발효 기술은 다양한 측면 흐름에서 귀중한 영양소를 회수하기 위해 다양한 산업 공정에서 사용되는 생물정제 도구입니다. 이 기술의 유망한 응용 분야 중 하나는 해산물 측천에서 영양 성분을 재생하는 것입니다. 해산물 가공은 머리, 껍질 및 기타 측면 흐름을 포함하여 상당한 양의 폐기물을 생성합니다. 이러한 사이드 스트림에는 발효 기술을 사용하여 추출할 수 있는 귀중한 영양 성분이 다량 함유되어 있습니다. 발효 기술은 미생물을 활용하여 사이드 스트림을 바이오 연료, 효소 및 동물 사료와 같은 가치 있는 제품으로 변환합니다. 키틴, 키토산과 같은 천연 고분자는 식품, 의약, 농업 산업에서 다양한 용도로 사용됩니다. 또 다른 예는 해산물 측천에서 나오는 생선 단백질 가수분해물(FPH)입니다. FPH는 동물 영양 및 기능식품 산업에 사용될 수 있는 단백질이 풍부한 분말입니다. 생성된 가수분해물을 추가로 여과하고 건조하여 FPH 분말을 생성합니다. 발효 기술은 해산물 측천에서 귀중한 영양소를 회수하는 데 큰 가능성을 가지고 있습니다. 이 프로세스는 폐기물을 줄이고 폐기물로 간주되는 것에서 새로운 부가가치 제품을 생성하는 데 도움이 될 수 있습니다. 추가 연구 및 개발을 통해 발효 기술은 바이오정제 산업의 핵심 도구가 될 수 있습니다.

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2050년까지 90억 명 이상에 이를 것으로 예상되는 세계 인구의 빠른 증가로 인해 식량 수요가 크게 증가할 것입니다(Karimi et al.소환2021 ). 반대로, 개인이 더 풍요로워지면 프리미엄 식품 및 기타 제품에 대한 수요가 증가합니다. 그럼에도 불구하고, 특히 포획되는 식량 자원은 제한될 것입니다(Välimaa et al.소환2019 ). 매우 다양한 수생태는 전 세계 식량의 약 20%를 제공합니다(Sharma et al.소환2020 ). 또한, 거의 연구되지 않았지만 식품, 의약품 및 화장품에 높은 부가가치를 가질 수 있는 영양소와 생리 활성 화합물을 함유한 수백만 종을 포함하고 있습니다(Ucak et al.소환2021 ). 2030년까지 인간의 생계를 위해 1억 8,300만 톤의 해산물이 필요할 것으로 예상됩니다(Sharma et al.소환2020 ). 해산물 산업에서는 머리, 내장, 비늘, 뼈 등 상당한 양의 가공 폐기물이 발생하는데, 이는 원자재 중량의 약 40~60%를 차지합니다(Singh et al.소환2022 ). 결과적으로 해산물은 일반적으로 사용 가능한 질량이 적고 더 많은 측면 스트림을 생성합니다(Sharma et al.소환2020 ). 이러한 제품의 적절한 폐기는 양식 및 어업 부문에 부정적인 영향을 미치는 심각한 환경 위험을 초래할 수 있기 때문에 여전히 중요한 문제입니다(Marti-Quijal et al.소환2020년 ; Ucaket al.소환2021 ). 연구에 따르면 해산물 가공 시 부산물과 폐기 물에는 생물학적, 영양학적으로 중요한 다양한 단백질 성분과 다량의 폴리불포화지방산(PUFA), 미네랄, 젤라틴, 콜라겐 및 카로티노이드가 함유된 지질이 풍부합니다(Singh et al. 알.소환2022년 ; Ucaket al.소환2021년 ; Välimaaet al.소환2019 ). 오염을 방지하고 어업 및 양식 산업을 개선하기 위해 이러한 부류에 두 번째 기회가 주어져야 하며, 많은 필수 영양 및 기능 성분을 공급해야 합니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). 생리 활성 및 건강 증진 성분이 존재하면 화장품과 같은 식품 이외의 기술 외에도 건강 식품, 영양소 및 특수 사료에 대한 응용 개발이 가능합니다(Singh et al.소환2022년 ; Välimaaet al.소환2019 ). 소비자들은 건강을 의식하는 라이프스타일을 채택하고 있으며 이는 이러한 추세를 뒷받침합니다. 환경 문제에 대한 소비자의 인식이 높아짐에 따라 부산물에서 파생된 신제품에 대한 긍정적인 이미지를 만드는 것도 가능합니다(Välimaa et al.소환2019 ). 또한, 유럽연합(EU) 위원회는 순환경제를 사회적 목표이자 혁신적인 발전 모델로 장려하는 그린딜(Green Deal)을 2020년에 제안했습니다(Donzella et al.소환2022년 ; Leong et al.소환2021 ). 지속 가능한 제품 디자인, 소비자 권한 부여 및 생산 프로세스의 순환이 모두 이 중앙 문서에서 논의됩니다. 또 다른 아이디어는 2차 원자재 산업을 발전시키는 것이다. 이는 종종 쓰레기로 버려지지만 대신 원료로 재사용될 수 있는 부류입니다. 공급망에 대한 대안을 식별하는 것은 부류와 환경 문제를 줄이는 두 가지 목표를 가지고 있습니다(Allegretti et al.소환2022 ). 결과적으로 기능성 식품, 영양제, 의약품, 화장품 등을 저렴한 비용으로 개발할 수 있다. 또한 부류와 가치가 낮은 해산물을 효율적이고 합리적으로 사용하면 지속 가능하고 환경 친화적인 생산을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다(González-Camejo et al.소환2023년 ; Ucaket al.소환2021 ). 현재의 경제 역학에서는 부류로부터 자원 회수를 극대화하기 위해 보다 지속 가능하고 재생 가능한 기술이 필요합니다. 최근 몇 년 동안 영양 품질과 미생물 안전성을 개선하는 동시에 공정 강도를 줄이고, 에너지 사용량을 줄이며, 사이드 스트림 부하를 줄이고, 공정 생산성과 생산을 향상시켜 식품의 물리화학적 특성을 추가로 높이기 위한 여러 가지 새로운 가공 기술이 개발되었습니다. 이러한 장점은 부인할 수 없지만 경우에 따라 혁신적인 기술을 사용하는 데 드는 비용과 이에 대한 의존도가 장애물이 됩니다. 이러한 상황에서 미생물 발효나 효소 가수분해가 생물전환 과정으로 자주 사용됩니다(Singh et al.소환2022 ). 녹색 기술은 사용 편의성과 환경 안전성으로 인해 향후 식품 첨가물에서 자원을 추출하는 전통적인 기술을 대체할 것으로 예상됩니다(Venugopal 및 Sasidharan).소환2022 ). 최근 몇 년 동안 미생물과 효소를 사용하여 해산물에서 생리 활성 물질을 회수하는 녹색 추출 공정을 만들고 개선하는 "녹색 화학"이 인기를 끌었습니다(Singh et al.소환2022 ). 녹색 화학을 기반으로 한 바이오정제는 추출된 화학물질의 고유 품질을 손상시키지 않기 때문에 안전하고 효과적이며 생태학적으로 책임이 있습니다(Venugopal 및 Sasidharan).소환2022 ). 해산물 산업의 부산물은 생물정제를 통해 가치를 평가하여 생물재료 및 에너지원으로서의 가치를 높일 수 있습니다(Singh et al.소환2022 ). 녹색 기술은 효율성, 에너지 효율성 및 비용 효율성을 고려하여 확립된 평가를 통해 생리활성 화합물 회수에 대한 유망한 성능을 보여줄 수 있습니다(Venugopal 및 Sasidharan).소환2022 ). 고온에서 강산과 알칼리를 사용하는 화학적 추출이 널리 사용됩니다. 이러한 조건은 더 많은 에너지를 필요로 하며, 시간이 많이 걸리고, 처리 비용이 더 높으며, (산과 알칼리를 중화하고 세척하기 위해) 많은 양의 물이 필요하고, 얻어지는 물질의 특성(물리적, 화학적)이 더 나쁘다는 단점과 관련이 있습니다. 제품. 최근 해산물 가공 산업의 발전으로 인해 귀중한 성분을 회수하는 데 적용될 수 있는 생체 촉매 및 발효와 같은 생명공학 공정이 도입되었습니다(Singh et al.소환2022년 ; 베누고팔과 사시다란소환2022 ). 발효는 전통적인 화학 공정에 비해 환경에 미치는 영향이 적고 운영 비용도 저렴하기 때문에 식품, 에너지, 제약, 사이드 스트림 처리 산업 모두에서 발효에 주목하고 있습니다(Chai et al.소환2022 ). 따라서 생물학적 처리 시설을 통합하고 혁신 기반 활용 방법을 구현하면 바이오 경제를 창출하여 자원 회수를 극대화할 수 있습니다(Singh et al.소환2022 ). 녹색 화학을 해양 관련 산업에 통합하면 보다 수익성 있고 지속 가능하며 의식 있는 해양 경제로 이어질 수 있습니다(Venugopal 및 Sasidharan소환2022 ). 본 연구에서는 단백질, 지질, 생리활성 펩타이드와 관련된 고부가가치 자원을 회수하기 위한 바이오정제에 사용되는 발효 공정의 중요성과 해산물 부산물을 변환하는 데 사용되는 다양한 발효 전략을 조사합니다.

자원회수 도구로서의 발효의 중요성

예방 조치를 통해 생산부터 활용까지 모든 단계에서 먹을 수 없는 식품 부류의 생산을 줄일 수 있습니다. 이 시나리오에는 적절한 부류 관리 정책이 시급히 필요합니다(Dahiya et al.소환2018 ). 물리적, 화학적, 생물학적 공정은 종종 사이드 스트림 처리 기술에서 단독으로 또는 조합하여 사용됩니다. 물리적 및 화학적 과정은 종종 발효나 효소 가수분해와 같은 생물학적 과정보다 더 가혹하고 덜 생태학적입니다(Rai et al.소환2011년 시디퀴 외.,소환2023 ). 폐기된 물질과 해산물 부류의 가치를 평가하는 기존 방법은 물리적, 화학적 방법에 따라 달라집니다. 이러한 프로세스에는 항상 다양한 제한이 있으며 이러한 단점으로 인해 바이오리파이너리(Venugopal 및 Sasidharan)와 같은 친환경 대안에 대한 관심이 높아졌습니다.소환2022 ).

해산물 부산물의 가치 평가에서 바이오리파이너리의 역할

생명공학은 부가가치가 높은 제품을 생산하고, 제품 품질을 보장하며, 자원 회수를 위해 부수적 흐름을 제거하는 새로운 기술을 개발할 것을 약속합니다. 이러한 방법은 부류 물질 및 수산물(Venugopal)로부터 산업용 생체분자를 재활용하는 새로운 녹색 기술로 인해 가능해졌습니다.소환2021 ). 친환경 프로세스를 이용한 복구가 가능합니다. 그 원천 중에는 미생물 발효, 효소 반응, 메탄 생성, 광합성 및 오일 처리가 있습니다. (Venugopal과 Sasidharan소환2022 ). 생물학적 절차는 저렴하고 안전하며 분리된 구성 요소의 특성에 해로운 영향을 거의 또는 전혀 미칠 수 없습니다. 결과적으로 이러한 절차는 부류와 폐수를 유용한 제품으로 농축하는 유연하고 저렴한 방법을 제공합니다(Venugopal소환2021 ). 특히, 해산물 잔류물과 관련된 물질의 회수를 통해 수산 자원의 사용을 늘리고 해양 가치를 향상시키는 활동을 생산하고 다루는 바이오리파이너리의 경우(Veríssimo et al.소환2021 ). 바이오리파이너리 개념을 해양 산업에 통합함으로써 천연 자원을 보존하고 해산물 부류의 생산을 제거하는 동시에 고용을 창출하고 수익을 증가시킬 수 있습니다. 어류 가공으로 인한 부류는 바이오리파이너리에 실행 가능한 재생 가능 바이오매스 공급원을 제공할 수 있습니다. 바이오리파이너리 방식에서는 산업 화학 물질, 바이오 연료, 동물 사료, 유기 비료, 영양분 등을 포함한 부가가치 제품이 어류 측류에서 생산됩니다. 프로세스의 일부 주요 측면은 낮은 비용과 사용 용이성이며, 이는 높은 생산량을 유지하면서 인건비, 에너지 사용량 및 자재 비용을 낮추어 달성됩니다(Venugopal소환2021 ). 고분자, 천연 고분자, 미네랄의 복잡한 매트릭스가 해산물 사이드 스트림을 구성합니다. 결과적으로, 이들 잔류물로부터 부산물을 추출하는 과정은 종종 여러 단계와 분리 과정을 거치게 된다. 새로운 대상 구성 요소가 제공하는 특성과 품질, 그리고 필요한 상용 제품의 순도 수준에 따라 추출 플랫폼의 디자인이 변경됩니다(Veríssimo et al.소환2021 ). 현대식 바이오리파이너리는 매우 비용 효율적으로 구축되었으며 안전한 산출물(Venugopal)을 생성하는 동시에 처리되지 않고 위험한 원료(예: 산업, 주거 및 농업 부류)를 처리할 수 있습니다.소환2021 ). 상당한 발전을 통해 블루오션 경제가 현실화되고 있습니다. 그러나 이러한 각 프로세스를 원활하고 효율적인 생산 시스템으로 결합해야만 전체 해양 생물정제소를 만들 수 있습니다(Veríssimo et al.소환2021 ). 원자재의 유형과 접근성에 따라 바이오정제 기술이 생성할 수 있는 연료의 양이 결정됩니다. 결과적으로, 이들 기술이 사이드 스트림 바이오정제라는 통합 개념 하에 결합될 수 있다면, 혼합되고 다양한 원료를 가공하여 부가가치가 있는 화학 제품과 함께 전력, 식품, 열, 사료 및 에너지와 같은 많은 재료를 생성할 수 있습니다(Nizami et al. 알.소환2017 ). 생물학적 처리 방법을 이용하면 사이드 스트림을 보다 효과적으로 처리할 수 있으며, 바이오 연료(수소, 메탄, 바이오에탄올), 바이오 소재, 플랫폼 화학 물질, 바이오 비료, 동물 사료, 바이오매스, 바이오 전기 등 다양한 제품을 생산할 수 있습니다.

귀중한 생체분자를 회수하기 위한 미생물 발효

화학 공정에 비해 안전성, 에너지 생산, 환경에 미치는 영향 및 운영 비용이 낮기 때문에 발효는 식품 가공, 제약 에너지 및 사이드 스트림 처리 산업의 관심을 얻었습니다. 이는 다양한 효소에 의해 촉진되는 미생물 활동을 통해 반응하는 모든 천연 물질의 과정으로 설명됩니다(Chai et al.소환2022년 ; W. Sun, 샤라자비안, 린소환2022 ). 발효의 사용은 pH 변화에 의한 가수분해와 관련하여 다양한 이점을 제공할 수 있으며 또한 다양한 측면 흐름에서 귀중한 제품을 생산하기 위해 수년 동안 사용되어 왔습니다(Marti-Quijal et al.소환2020년 ; 베누고팔과 사시다란소환2022 ). 발효는 인류가 고대부터 해왔던 생명공학적 과정이다. 오늘날 많은 화학물질은 산업 생산에서 중요한 역할을 하는 발효 기술을 사용하여 제조됩니다. 살아있는 미생물(균류, 균사체, 박테리아 또는 미세조류)이 이 과정에서 원료를 사용하여 고품질 제품(Venugopal)을 생산합니다.소환2021 ). 일반적으로 발효는 복잡한 유기 화합물을 산소 없이 포도당과 같은 단순한 화합물로 분해하는 효소 중심 과정입니다. 두 개의 ATP 분자를 생성하는 호기성 세포 호흡보다 발효 중에 더 적은 에너지가 생성됩니다. 유기체에 따라 발효는 다양한 다른 부산물을 생성할 수 있습니다. 발효 동안 박테리아, 곰팡이, 원생동물 및 동물 세포는 젖산, 젖산염, 이산화탄소(CO 2 ) 및 물을 생성합니다. 효모와 심지어 대부분의 식물 세포에서도 발효로 인해 에틸 알코올, CO 2 및 물이생성됩니다발효는 또한 최근 여러 측면 스트림(Venugopal 및 Sasidharan)에서 귀중한 제품을 생산하기 위해 활용되었습니다.소환2022 ). 발효 기술의 분류는 도식적으로 표시됩니다.그림 1. 발효 과정에는 종종 유기 물질인 내인성 전자 수용체를 사용하여 탄수화물과 같은 유기 물질을 산화시켜 에너지를 생성하는 과정이 포함됩니다. 종류는 일반형, 바이오매스형 또는 정밀형일 수 있습니다. 전통적인 발효는 수천년 동안 존재해 왔습니다. 바이오매스 발효는 영양소, 생체재료, 효소, 향료, 연료 및 의약품으로 활용될 수 있는 세포 덩어리를 생성하기 위해 1980년대부터 식품 사업에 사용되었습니다. 최근에는 배양육 구성물을 만들기 위한 대체 단백질의 공급원이 되었습니다(Venugopal소환2021 ). 미생물 형질전환 기술은 유망한 생명공학 물질을 분리하고 사용하는 효율적인 방법을 제공합니다(Dahiya et al.소환2018년 ; 베누고팔소환2021 ). 박테리아, 곰팡이 및 원생동물은 통성, 혐기성 또는 호기성 기능을 위해 활용되는 미생물의 예입니다. 혐기성, 회분식, 연속식 또는 유가식 미생물 발효 공정은 모두 고체, 침지 또는 액체 배지에서 가능합니다. 원하는 양에 도달할 때까지 연속 또는 펄스 배지 배양을 추가함으로써 유가식 장치는 유기산, 에탄올, 미생물 바이오매스, 효소, 항생제, 비타민 및 기타 화합물을 생산하는 데 자주 사용됩니다. 더 높은 생산성, 더 높은 환경 내 용존 산소 수준, 더 나은 생분해 속도 및 더 짧은 발효 시간은 전통적인 비연속 공정에 비해 유가식 공정의 이점입니다(Venugopal소환2021 ). 다른 생물학적 플랫폼과 비교하여 혐기성 발효는 생물학적 측면 흐름, 특히 식품 측면 흐름에서 바이오 연료 및 환경 화학 물질을 생성하는 데 많은 관심을 끌고 있습니다(Dahiya et al.소환2018 ). 유산균(LAB)의 발효는 발효수산물(Venugopal)을 만드는 일반적인 기술이다.소환2021 ). 일반적으로 안전하다고 인정되는 유기체를 이용한 미생물 발효는 여러 가지 상업적인 장점을 가지고 있습니다. 이제 EU의 이 새로운 계획에는 최소 400개의 제조업체가 포함됩니다(Nizami et al.소환2017 ). 긍정적인 소식은 Euromonitor(Venugopal 및 Sasidharan)에 따르면 최근 몇 년간 전 세계적으로 강화/기능성 식품의 판매가 극적으로 증가했다는 것입니다.소환2022 ). 2027년에는 어류 단백질 가수분해 시장이 크게 늘어날 것으로 예상된다. 발효는 최근 몇 년 동안 다양한 부류를 가치 있는 제품으로 전환하는 데 사용되었습니다(Venugopal 및 Sasidharan).소환2022 ). 식품 부산물에 대한 생물학적 정화는 화석 기반 정화를 어느 정도 보완할 수 있으며 바이오 연료, 제품 화학 물질 및 생물학적 물질을 포함한 다양한 바이오 기반 최종 제품을 생성하여 생물 경제, 자원 보안, 생태계 서비스 및 기후의 중요한 동인을 다룰 수 있습니다. 비료. 식품부류를 생물학적으로 처리함으로써 우리는 곧 환경에 미치는 영향을 최소화하면서 지속 가능한 경로를 달성하게 될 것입니다(Dahiya et al.소환2018 ).

그림 1. 다양한 발효의 메커니즘.

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생체분자를 회수하기 위한 젖산 발효

연구자들은 LAB가 동물 및 어류 가공 부문에서 생성된 측면 스트림의 측면 스트림 안정화 및 생체분자 회수에 어떻게 영향을 미치는지 조사했습니다(Coimbra소환2016년 ; Kumaret al.소환2018년 ; Marti-Quijalet al.소환2020년 ; Vázquezet al.소환2019 ). 젖산 발효는 사료나 중화제로 바로 사용할 수 있는 제품을 생산하는 생태학적으로 허용되는 공정이기 때문에 사이드 스트림의 경우 인기를 얻고 있습니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). 예를 들어, 해산물 측류 가공에서 생체분자를 추출하려면 발효를 제어해야 합니다. LAB 발효는 산 접근법보다 더 큰 영향을 미칩니다. 이 미생물은 디아세틸 과산화수소, 유기산, 박테리오신과 같은 수많은 화합물을 생산합니다. 부패미생물을 억제하고 식품의 맛과 식감을 개선하는데 상당한 효과가 있습니다. 상업용 LAB 균주는 식품 및 식용 산업이 발효의 혜택을 누리는 데 필수적입니다(Özyurt et al.소환2017 ). 유기체의 종류, 접종원의 양, 발효 초기 및 발효 중 pH 모두가 젖산 형성에 영향을 미칩니다. 설탕이 분해될 때 생성되는 젖산은 pH를 낮추어 박테리아의 발생을 감소시키고 산성 프로테아제의 활성을 촉진합니다. 이러한 효소는 해산물에서 발견되는 단백질에서 가장 잘 기능하며, 그 중 다수는 키틴, 카로티노이드 및 지질에 부착되어 있습니다(Venugopal소환2021 ). 도살장의 생선과 부산물은 LAB 발효를 사용하여 성공적으로 보존되었습니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). 허용 가능한 양의 발효 가능한 탄수화물의 추가, 발효 중 pH 감소 및 완제품 보관, 시작 배양물의 빠른 성장, 충분한 젖산 생성은 효과적인 젖산 발효를 위한 세 가지 주요 요구 사항입니다. 24~48시간 또는 특정 상황에서는 3.9시간 내에 생선이나 동물성 부산물, 탄수화물 및 시작 배양물의 혼합물이 발효되어 4.4~5.0 범위의 pH 수준을 생성할 수 있습니다. 도축부산물의 발효과정이 성공적으로 이루어지면 pH가 5.0 이하로 유지되어야 하며, 그 상태가 1년 미만이어야 한다. 유통기한을 연장하는 일반적인 방법인 생선 발효는 필요한 박테리아 대사산물을 생성합니다. 항산화 화학물질, 오일, 단백질 가수분해물의 생성은 모두 부산물 발효에 의해 개선됩니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). LAB은 오랫동안 발효 생선 제품을 만드는 데 사용되어 왔습니다. 키틴에 결합된 단백질, 지질, 카로티노이드에 작용하는 산성 프로테아제는 pH가 낮을 때 더 활성이 높습니다(Venugopal소환2021 ). 발효는 pH 변화를 유발하여 가수분해에 여러 가지 이점을 제공할 수 있습니다. 여러 가지 주요 장점 중 발효는 글루타티온과 관련된 항산화 펩타이드의 효능을 강화하여 산화 스트레스 손상을 예방합니다. 또한, 단백질을 가수분해하고 펩타이드와 더 짧은 아미노산으로 분해하는 발효는 동물 사료 단백질 공급원으로 사용될 때 더 나은 소화 가능한 단백질을 생산합니다. 이는 생선 영양 함량을 향상시키는 훌륭한 도구입니다. 개미산 처리와 비교하여 발효는 어류 측류 오일 품질을 향상시킵니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). 따라서 발효를 통해 효소, 세포 덩어리, 향료 및 식품 첨가물을 비롯한 다양한 부가가치 제품이 생산될 수 있습니다. LAB에 의한 발효는 또한 식용을 식용으로 바꾸고, 식품을 보존하고, 영양가를 높이고, 독성을 낮추며, 요리 시간과 에너지를 덜 필요로 하는 다양한 식품을 만들어냅니다(Venugopal소환2021 ). 이 기술은 유리하고 안전하며 환경에도 좋습니다. 이는 많은 에너지를 소비하지 않을 뿐만 아니라 광범위한 화합물을 얻을 수 있는 가능성을 제공합니다(Marti-Quijal et al.소환2020년 ; 베누고팔소환2021 ).

해산물 부산물로부터 얻은 생체분자의 다양한 응용

해산물 내장에서 발견되는 색소, 키틴, 지질 및 단백질은 회수되거나 다양한 바이오제품을 만들기 위한 저렴한 기질로 사용될 수 있습니다(Veríssimo et al.소환2021 ). 생선 부산물 발효로 인해 고품질의 단백질, 오일 및 항산화제가 생성됩니다. 발효산물은 수생생물(Venugopal)의 영양제로 활용될 수 있다.소환2021 ). 또한, 어류 측류에는 비료 제조에 적합한 질소, 인, 칼슘이 풍부한 화합물이 포함되어 있습니다. 이들 비료는 현재 시중에 판매되고 있으며 유기농법으로 승인되었습니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). 다양한 미생물의 도움으로 물고기 측 흐름을 액체 비료로 전환하는 것이 가능했습니다. 이 재료는 실온에서 최대 6개월 동안 부패 저항성을 나타냈습니다(Venugopal소환2021 ). 대부분의 경우, 재배 가능한 원료로 변환하기 위해 이러한 기질에 예비 전처리가 적용됩니다. 칼슘, 질소, 인산염이 풍부한 이 전처리된 고체 제품의 사용은 토마토 수확, 바이오제약 및 얼음 상추( Lactuca sativa L.) 작물에 도움이 되었습니다. 한편, 배양 실험에서는 일반적으로 다양한 생체분자를 생산하기 위해 영양이 풍부한 청색 액체 상청액을 출발 배지로 사용합니다. (Veríssimo 외.소환2021 ). 라시드, 정, 김(소환2018 ) Bacillus cereus를 사용하여 새우 껍질 분말을 발효하여 설탕, 항산화제 및 DNA 보호 화학 물질을 생성했습니다. 유가식 발효와 배치식 생물학적 분해를 비교할 때 더 높은 결과가 보고되었습니다(Rashid, Jung, Kim소환2018년 ; 베누고팔소환2021 ). STP 조건에서 1kg의 식품 측 흐름은 385g의 프로피온산, 916g의 부티르산 및 624.96g의 아세트산을 생성할 수 있습니다(Dahiya et al.소환2018년 ; Nizamiet al.소환2017 ). 생물학적 분자 외에도 수산물의 부산물에서도 에너지를 얻을 수 있습니다. STP의 식품부류의 발열량은 5350KJ/kg으로 바이오에너지 자원으로 사용될 가능성이 있음을 시사합니다. 1g의 포도당은 완전히 산화되어 16KJ의 에너지를 제공해야 합니다. 50%의 전환 효율에서 식품 측 흐름에서 나오는 1kg의 COD는 15.62mol의 메탄올(350L 메탄올)을 생성하며, 이는 13,882KJ의 에너지 생산과 3.85kWh의 전력 생산을 초래합니다(Dahiya et al.소환2018 ). 바이오경제의 성장과 환경적 지속가능성은 식품부수로 만든 에너지 집약적이고 경제적으로 실행 가능한 제품의 사용에 의해 크게 도움이 될 수 있습니다. 또한, 공동 생산을 통해 자원 회수를 극대화하기 위해 여러 가지 방법을 결합하면 환경에 대한 식품부류의 해로운 영향을 일정 수준까지 줄일 수 있습니다(Dahiya et al.소환2018 ).1 번 테이블발효 기술의 다른 가능한 용도를 요약합니다.

표 1. 잠재적인 적용을 위한 발효 기술.

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수산부류로부터 단백질 회수를 위한 발효기술 적용

생명에 필요한 6가지 필수 영양소 중에서 단백질은 중요한 생체 활성 분자입니다(Mao et al.소환2017 ). 살아있는 유기체는 성장하고 발달하기 위해 영양소, 단백질 및 생리 활성 펩타이드가 필요합니다(Ucak et al.소환2021년 ; Välimaaet al.소환2019 ). 단백질 수요를 공급하려면 지속 가능한 접근 방식이 필요합니다. 식품 생산 시스템의 생물 다양성 증진, 재생 방법을 통한 대체 단백질 생성, 사이드 스트림에서 건강에 좋고 지속 가능한 단백질 회수 등이 그 중 일부입니다. 단백질은 식품 사이드 스트림, 특히 해산물에서 발견될 수 있습니다(Ucak et al.소환2021 ). 어류 측류의 기본 단백질 함량은 가공 유형과 어류에 따라 8~35%로 다양합니다(Vicente et al.소환2022 ). 해산물 부산물에서 가수분해된 단백질과 뼈, 내장 기관, 콜라겐과 같은 성분을 포함한 생리 활성 펩타이드를 포함한 생물학적 활성 화합물이 분리될 수 있습니다(Mao et al.소환2017년 ; Ucaket al.소환2021 ).

발효는 지난 세기 동안 다양한 응용 분야에서 사용된 환경 친화적이고 경제적인 방법입니다. 발효는 단백질을 포함한 다양한 귀중한 화합물을 생성합니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). 발효 해산물 측류에서 추출한 단백질에는 필수 및 비필수 아미노산이 포함되어 있습니다(Mao et al.소환2017년 ; Ucaket al.소환2021 ). 이는 육류 및 계란 단백질과 비슷한 영양가를 가지고 있습니다(Ucak et al.소환2021 ). 해산물 측류에는 발효에 의해 회수될 수 있고 다양한 용도로 사용될 수 있는 다양한 단백질 화합물이 포함되어 있습니다. 근육 단백질의 가수분해는 식품 및 제약 분야에서 유익한 생리학적, 기술적 특성을 지닌 생리활성 펩타이드를 생성할 수 있습니다(Ucak et al.소환2021 ). 젤라틴은 필름, 에멀젼, 섬유, 폼, 하이드로겔 등과 같은 단백질 기반 복합 생체 재료에 응용됩니다. 뚜렷한 구조적 및 기능적 특성으로 인해 생선 콜라겐과 젤라틴은 치료, 생물 의학, 화장품 및 생명 공학 분야에 사용됩니다. 이들은 식품 유화제, 발포제, 안정제, 영양 마이크로 캡슐화로 사용될 수 있으며 저지방 식사의 감각적 특성을 향상시킵니다(Venugopal 및 Sasidharan).소환2022 ). 또한, 이러한 단백질은 포도당의 대사를 조절하고, 지질 프로필에 유리한 효과를 가지며, 혈압을 조절하는 등의 유익한 대사 효과를 제공합니다(Ucak et al.소환2021 ). 이러한 발전은 기존의 발효 대신 "바이오매스 발효"를 사용합니다. 백본 발효는 연구되어 시장에 출시되고 있는 새로운 대체 단백질입니다. 미생물에 따라 발효는 가수분해 효소(프로테아제, 리파제, 키티나제)와 기타 효소를 생산할 수 있습니다. 어류 측류를 탄소-질소 공급원으로 사용하는 미생물 발효는 수산 측류(Venugopal 및 Sasidharan)에서 다양한 정도의 유용 물질을 추출하는 경제적이고 안전하며 환경 친화적인 방법입니다.소환2022 ). 생체분자 회수에는 비병원성 박테리아 효소의 사용이 필요합니다(Rai et al.소환2011 ). 이들 미생물은 특정 원료 성분을 분해하여 가수분해물을 생성하는 가수분해 효소를 방출합니다(그림 2) (Gao et al.소환2021 ). 다른 소스에서 파생된 프로테아제와는 달리, 다양한 미생물에 의해 생성된 미생물 프로테아제는 여러 가지 이점을 제공합니다. 여기에는 저렴한 생산 비용, 대량 생산 가능성, 더 빠른 효소 분리 시간, 효소 효율성을 높이는 유전 공학에 반응하는 유기체의 능력이 포함됩니다. Bacillus spp., Bifidobacterium spp. 및 젖산균이 가장 흔히 사용되는 미생물 프로테아제입니다(Godinho et al.소환2016 ). 프로테아제는 식품 측 흐름을 탈염하고 단백질을 제거합니다(Ucak et al.소환2021 ). 발효에는 자연적으로 발생하거나 단백질과 당을 가수분해하기 위해 첨가된 미생물이 필요합니다. 가수분해된 단백질의 생산에 영향을 미치는 두 가지 성장 매개변수는 접종 환경과 배지의 펩타이드 함량입니다. 세포외 미생물 프로테아제는 분자량과 아미노산 서열이 다른 광범위한 펩타이드를 가수분해합니다. 이러한 생리활성 펩타이드는 매혹적인 특징을 가지고 있습니다(Godinho et al.소환2016 ). 전체적으로 해산물 부산물에서 생성된 펩타이드는 항균 활성, 항산화 활성, 항증식 효과, 항고혈압 활성, 항응고 작용, 칼슘 흡수, 뼈 무기질화 등과 같은 생물학적 특성을 갖는 경우가 많습니다(Ucak et al.소환2021 ). 여러 저자의 최근 연구는 단백질 분해를 통해 생리활성 펩타이드를 제조하기 위해 미생물을 활용하는 데 중점을 두었습니다(Godinho et al.소환2016 ). A26을 사용하여 어육에서 생산된 단백질 가수분해물은 Jemil et al. (소환2014 ) 기능성, 항균 및 항산화 특성에 대해 연구했습니다. 다양한 어육을 활용한 발효로 생성된 가수분해 단백질의 유익한 용해도, 유화 안정성 및 거품 형성 능력을 입증했습니다. Bacillus subtilis A26 의 단백질 분해 효소는항산화 및 항균 활성을 갖는 어류 단백질의 생물정제 과정에서 펩타이드를 생성했습니다(Jemil et al.소환2014 ). 또 다른 연구에서는 민물고기 머리측 하천에서 분리한 유산균을 이용하여 Bacillus subtilis를 발효시켜 지질과 단백질을 동시에 회수한 결과가(소환2014 ). 연구 결과에 따르면 발효는 지방산이나 지질 프로필에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났습니다. 항박테리아 및 항산화제인 어두 단백질은 식품 조성물에서 기능성 첨가제로 사용될 수 있다. 따라서 인간의 건강을 증진하거나 식품의 유통기한을 연장할 수 있습니다. 발효된 가수분해 단백질은 다양한 박테리아 종에 대해 항균 특성을 나타냈습니다. 제약 사업, 영양 보충제, 식품 보존 분야에서 그 용도를 볼 수 있습니다(Ruthu et al.소환2014 ). Fang et al.에 따르면 Aspergillus oryzae를 이용한 생선 수프 발효로 만든 가수분해물(소환2017 ), 또한 강력한 항산화 활성을 나타냅니다. 이는 식품 및 의약 분야에서 광범위하게 응용할 수 있는 저렴한 항산화제 공급원일 수 있습니다. 이러한 응용에는 식품 보존 및 건강 증진을 위한 응용이 포함됩니다(Fang et al.소환2017 ). 마지막으로, 발효 바이오프로세스는 어류 측류를 가치 있는 기능성 소재로 변환하면서 환경 영향을 최소화함으로써 청정 생산에 기여합니다.표 2해산물 부산물의 가치를 높이기 위한 발효의 다양한 적용을 보여줍니다. 따라서 발효는 많은 옵션을 제안하고 다양한 이점을 얻기 위해 사용될 수 있는 방법임이 확실해 보입니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ).

그림 2. 해산물 측면 하천에서 귀중한 물질 회수.

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표 2. 해산물 측류에서 단백질을 회수하기 위한 발효 기술

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수산부류로부터 지질회수를 위한 발효기술 적용

발효는 지질 폐기물의 가치를 변화시키고 향상시키는 데 적합한 수단으로 간주될 수 있습니다. 발효 과정의 결과, 폐기물의 종류에 따라 가수분해된 단백질이 풍부한 분획과 오일, 키틴 또는 콜라겐이 생성됩니다. 수산업 폐기물 지질 기반 화합물의 단백질 외에 어유, 다중 불포화 지방산(PUFA), 인지질 및 콜레스테롤이 포함됩니다. 에이코사펜타엔산(EPA) 및 도코사헥사엔산(DHA)과 같은 지방산은 생선 가공 과정에서 부산물/폐기되는 영양학적으로 가치 있는 성분의 공급원으로 잘 알려져 있습니다. PUFA는 고혈압, 심혈관 질환 위험, 염증성 질환 및 자가면역 질환을 감소시키는 이점을 가지고 있습니다. (킴과 멘디스소환2006 ). 최근 몇 년간 어유의 경제적 가치는 주로 수요와 공급의 불규칙성과 관련된 문제로 인해 감소했습니다. 예측에 따르면 이러한 추세는 가까운 미래에도 지속될 가능성이 높습니다(Turchini, Torstensen 및 Ng).소환2009 ). 수요 증가로 인한 문제를 해결하기 위해 어유에 대한 실행 가능한 대안을 신속하게 채택하고 식별하는 것이 점점 더 중요해지고 있습니다. 결과적으로, 어유의 보충 공급원을 탐색하는 데 중점을 두고 있습니다. 수산업에서 수산업 측면 스트림에서 회수된 지질은 어유에 대한 탁월한 대체품으로 사용될 수 있을 뿐만 아니라 어유 수요를 어느 정도 충족시킬 수 있습니다. 이러한 맥락에서 발효와 같은 생물학적 방법이 중요해지고 있습니다. 발효는 음식물 쓰레기 내 미생물의 성장이 식품 매트릭스에서 성분을 안전하고 효과적으로 방출하는 생물전환을 가능하게 하는 것으로 간주됩니다(SF Bruno et al.소환2019년 ; Dessieet al.소환2020년 ; Shavandiet al.소환2019 ). 젖산균(LAB) 의존적 생물전환은 먹을 수 없는 생선을 식용으로 만들고, 독성을 줄이며, 조리 시간과 영양분을 보존하고 줄이는 장점이 있습니다. LAB 발효는 설탕을 젖산으로 분해하여 pH가 낮아져 결과적으로 pH가 3.5로 낮아집니다. 리파제는 에스테르 복합체 생성을 촉매할 수도 있는 트리아실글리세롤 가수분해효소로 작용합니다. 생선 내장은 19~21가지 지질의 좋은 공급원입니다. 발효를 통해 최대 85%의 지질을 회수할 수 있습니다(Rai et al.소환2010 ).

수산업 폐기물에서 지질 함량은 4~43.8%인 것으로 보고되었습니다. 이들 지질은 산화되기 쉬운 고도불포화지방산(PUFA)의 상당한 공급원입니다. 생선 내장 폐기물과 과산화물 값은 생선 내장 폐기물이 자가분해되는 동안 발효 3~4일까지 증가하는 것으로 나타났습니다. 어유 회수 기존 방법에는 가열 등의 물리적 처리와 원심분리에 의한 오일 분리가 포함됩니다. 생선 내장 폐기물에서 기름을 제거하기 위해 용매를 사용할 수 있지만 이는 비용 효과적인 접근 방식이 아닙니다. 생선 내장 측류에서 기름을 회수하는 방법은 젖산 발효를 사용하여 연구할 수 있습니다(Rai et al.소환2011 ). 발효 중 회수된 오일의 품질은 젖산 발효(LAF)가 품질에 미치는 영향을 줄이면서 오일을 회수하는 더 나은 방법으로 간주된다는 것을 보여줍니다. 발효를 통해 회수된 오일의 지방산 조성은 용매 추출을 통해 얻은 것과 구별할 수 없습니다. 지방산 조성의 측면에서 보면 포화지방산과 불포화지방산이 고르게 분포되어 있습니다(Rai et al.소환2011 ). 생선 가공 부류의 경우 회수된 기름은 불포화지방산이 풍부한 생선기름의 유능한 대체 공급원이 될 수 있습니다.

고기에 비해 민물고기와 바다고기의 내장과 머리에서 추출한 지질의 함량이 더 높습니다(Rai et al.소환2011년 ; Swapnaet al.소환2010 ). 생선 기름의 유망한 대체품은 생선 유래 지질에서 추출한 지방산 구성에 있습니다. 이러한 지질은 카로티노이드와 함께 다양한 생체 기능성을 제공합니다. 호기성, 혐기성 또는 조건성 박테리아, 곰팡이, 균사체 또는 미세조류를 비롯한 미생물은 발효 과정에서 중요한 역할을 합니다. 이들은 모두 리파제, 키티나제 및 프로테아제를 포함하는 가수분해 효소의 생산을 가능하게 합니다. 이는 폐기물의 탈염 및 단백질 제거를 돕는 전통적인 단백질 분해 처리 중 알칼리 대체에 관여하는 미생물에 달려 있습니다. 유산균은 생물전환을 돕고, 영양강화에 도움을 주어 먹을 수 없는 음식을 먹을 수 있게 만들고, 보존하며, 조리시간을 줄이고 독성을 줄입니다. LAB 발효는 설탕을 젖산으로 분해하는 데 도움이 되어 PH가 3.5로 낮아집니다. 낮은 PH는 폐기물 내 탄수화물, 지질, 카로티노이드 및 미네랄에 결합된 단백질을 방출하는 산성 프로테아제와 같은 효소의 최적 활성을 돕습니다. 산은 젖산칼슘을 형성하는 주요 미네랄 성분인 탄산칼슘과 반응하여 오염 미생물의 성장을 제어하고 세포의 탈염을 초래합니다. 미생물 발효는 최소한의 유기 용매 요구 사항으로 단순성, 신속성, 쉬운 취급 및 제어 가능성으로 인해 선호됩니다. 안전성, 낮은 에너지 소비 및 환경 친화성을 제공합니다. 더 깨끗하고 친환경적이며 경제적인 공정인 키틴 바이오 추출은 발효의 이점을 활용하여 단백질 가수분해물, 키틴 및 오일의 품질을 향상시키는 동시에 항산화제를 생성합니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). 젖산발효(LAF)는 2000년대부터 키틴 생산에 사용되었으며, 어류 내장 발효는 함량의 19~21%를 구성하는 지질을 회수할 수 있습니다(Rai et al.소환2010 ).표 3해산물 측류에서 지질을 회수하기 위해 채택된 주요 발효 기술을 묘사합니다.

표 3. 해산물 측류에서 지질을 회수하기 위한 발효 기술

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발효법을 이용한 수산부류로부터 생리활성 펩타이드 추출

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해산물 가공 부산물의 종합적 가치화를 위한 발효 기술 구현: 귀중한 영양소 회수 및 활용도 향상에 대한 비판적 검토

샤히다 아누샤 시디퀴

,

단야 락슈미칸트

,

치란지브 프라단

,

자라 파라지네자드

,

로베르토 카스트로-무뇨스

&

아힐라시 사시다란

온라인 게시: 2023년 12월 14일

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• https://doi.org/10.1080/10408398.2023.2286623
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• 자원회수 도구로서의 발효의 중요성
• 수산부류로부터 단백질 회수를 위한 발효기술 적용
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• 발효법을 이용한 수산부류로부터 생리활성 펩타이드 추출
• 동물 영양에 있어서 발효 해산물 부류의 응용 가능성
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추상적인

발효 기술은 다양한 측면 흐름에서 귀중한 영양소를 회수하기 위해 다양한 산업 공정에서 사용되는 생물정제 도구입니다. 이 기술의 유망한 응용 분야 중 하나는 해산물 측천에서 영양 성분을 재생하는 것입니다. 해산물 가공은 머리, 껍질 및 기타 측면 흐름을 포함하여 상당한 양의 폐기물을 생성합니다. 이러한 사이드 스트림에는 발효 기술을 사용하여 추출할 수 있는 귀중한 영양 성분이 다량 함유되어 있습니다. 발효 기술은 미생물을 활용하여 사이드 스트림을 바이오 연료, 효소 및 동물 사료와 같은 가치 있는 제품으로 변환합니다. 키틴, 키토산과 같은 천연 고분자는 식품, 의약, 농업 산업에서 다양한 용도로 사용됩니다. 또 다른 예는 해산물 측천에서 나오는 생선 단백질 가수분해물(FPH)입니다. FPH는 동물 영양 및 기능식품 산업에 사용될 수 있는 단백질이 풍부한 분말입니다. 생성된 가수분해물을 추가로 여과하고 건조하여 FPH 분말을 생성합니다. 발효 기술은 해산물 측천에서 귀중한 영양소를 회수하는 데 큰 가능성을 가지고 있습니다. 이 프로세스는 폐기물을 줄이고 폐기물로 간주되는 것에서 새로운 부가가치 제품을 생성하는 데 도움이 될 수 있습니다. 추가 연구 및 개발을 통해 발효 기술은 바이오정제 산업의 핵심 도구가 될 수 있습니다.

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• 동물 영양
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소개

2050년까지 90억 명 이상에 이를 것으로 예상되는 세계 인구의 빠른 증가로 인해 식량 수요가 크게 증가할 것입니다(Karimi et al.소환2021 ). 반대로, 개인이 더 풍요로워지면 프리미엄 식품 및 기타 제품에 대한 수요가 증가합니다. 그럼에도 불구하고, 특히 포획되는 식량 자원은 제한될 것입니다(Välimaa et al.소환2019 ). 매우 다양한 수생태는 전 세계 식량의 약 20%를 제공합니다(Sharma et al.소환2020 ). 또한, 거의 연구되지 않았지만 식품, 의약품 및 화장품에 높은 부가가치를 가질 수 있는 영양소와 생리 활성 화합물을 함유한 수백만 종을 포함하고 있습니다(Ucak et al.소환2021 ). 2030년까지 인간의 생계를 위해 1억 8,300만 톤의 해산물이 필요할 것으로 예상됩니다(Sharma et al.소환2020 ). 해산물 산업에서는 머리, 내장, 비늘, 뼈 등 상당한 양의 가공 폐기물이 발생하는데, 이는 원자재 중량의 약 40~60%를 차지합니다(Singh et al.소환2022 ). 결과적으로 해산물은 일반적으로 사용 가능한 질량이 적고 더 많은 측면 스트림을 생성합니다(Sharma et al.소환2020 ). 이러한 제품의 적절한 폐기는 양식 및 어업 부문에 부정적인 영향을 미치는 심각한 환경 위험을 초래할 수 있기 때문에 여전히 중요한 문제입니다(Marti-Quijal et al.소환2020년 ; Ucaket al.소환2021 ). 연구에 따르면 해산물 가공 시 부산물과 폐기 물에는 생물학적, 영양학적으로 중요한 다양한 단백질 성분과 다량의 폴리불포화지방산(PUFA), 미네랄, 젤라틴, 콜라겐 및 카로티노이드가 함유된 지질이 풍부합니다(Singh et al. 알.소환2022년 ; Ucaket al.소환2021년 ; Välimaaet al.소환2019 ). 오염을 방지하고 어업 및 양식 산업을 개선하기 위해 이러한 부류에 두 번째 기회가 주어져야 하며, 많은 필수 영양 및 기능 성분을 공급해야 합니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). 생리 활성 및 건강 증진 성분이 존재하면 화장품과 같은 식품 이외의 기술 외에도 건강 식품, 영양소 및 특수 사료에 대한 응용 개발이 가능합니다(Singh et al.소환2022년 ; Välimaaet al.소환2019 ). 소비자들은 건강을 의식하는 라이프스타일을 채택하고 있으며 이는 이러한 추세를 뒷받침합니다. 환경 문제에 대한 소비자의 인식이 높아짐에 따라 부산물에서 파생된 신제품에 대한 긍정적인 이미지를 만드는 것도 가능합니다(Välimaa et al.소환2019 ). 또한, 유럽연합(EU) 위원회는 순환경제를 사회적 목표이자 혁신적인 발전 모델로 장려하는 그린딜(Green Deal)을 2020년에 제안했습니다(Donzella et al.소환2022년 ; Leong et al.소환2021 ). 지속 가능한 제품 디자인, 소비자 권한 부여 및 생산 프로세스의 순환이 모두 이 중앙 문서에서 논의됩니다. 또 다른 아이디어는 2차 원자재 산업을 발전시키는 것이다. 이는 종종 쓰레기로 버려지지만 대신 원료로 재사용될 수 있는 부류입니다. 공급망에 대한 대안을 식별하는 것은 부류와 환경 문제를 줄이는 두 가지 목표를 가지고 있습니다(Allegretti et al.소환2022 ). 결과적으로 기능성 식품, 영양제, 의약품, 화장품 등을 저렴한 비용으로 개발할 수 있다. 또한 부류와 가치가 낮은 해산물을 효율적이고 합리적으로 사용하면 지속 가능하고 환경 친화적인 생산을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다(González-Camejo et al.소환2023년 ; Ucaket al.소환2021 ). 현재의 경제 역학에서는 부류로부터 자원 회수를 극대화하기 위해 보다 지속 가능하고 재생 가능한 기술이 필요합니다. 최근 몇 년 동안 영양 품질과 미생물 안전성을 개선하는 동시에 공정 강도를 줄이고, 에너지 사용량을 줄이며, 사이드 스트림 부하를 줄이고, 공정 생산성과 생산을 향상시켜 식품의 물리화학적 특성을 추가로 높이기 위한 여러 가지 새로운 가공 기술이 개발되었습니다. 이러한 장점은 부인할 수 없지만 경우에 따라 혁신적인 기술을 사용하는 데 드는 비용과 이에 대한 의존도가 장애물이 됩니다. 이러한 상황에서 미생물 발효나 효소 가수분해가 생물전환 과정으로 자주 사용됩니다(Singh et al.소환2022 ). 녹색 기술은 사용 편의성과 환경 안전성으로 인해 향후 식품 첨가물에서 자원을 추출하는 전통적인 기술을 대체할 것으로 예상됩니다(Venugopal 및 Sasidharan).소환2022 ). 최근 몇 년 동안 미생물과 효소를 사용하여 해산물에서 생리 활성 물질을 회수하는 녹색 추출 공정을 만들고 개선하는 "녹색 화학"이 인기를 끌었습니다(Singh et al.소환2022 ). 녹색 화학을 기반으로 한 바이오정제는 추출된 화학물질의 고유 품질을 손상시키지 않기 때문에 안전하고 효과적이며 생태학적으로 책임이 있습니다(Venugopal 및 Sasidharan).소환2022 ). 해산물 산업의 부산물은 생물정제를 통해 가치를 평가하여 생물재료 및 에너지원으로서의 가치를 높일 수 있습니다(Singh et al.소환2022 ). 녹색 기술은 효율성, 에너지 효율성 및 비용 효율성을 고려하여 확립된 평가를 통해 생리활성 화합물 회수에 대한 유망한 성능을 보여줄 수 있습니다(Venugopal 및 Sasidharan).소환2022 ). 고온에서 강산과 알칼리를 사용하는 화학적 추출이 널리 사용됩니다. 이러한 조건은 더 많은 에너지를 필요로 하며, 시간이 많이 걸리고, 처리 비용이 더 높으며, (산과 알칼리를 중화하고 세척하기 위해) 많은 양의 물이 필요하고, 얻어지는 물질의 특성(물리적, 화학적)이 더 나쁘다는 단점과 관련이 있습니다. 제품. 최근 해산물 가공 산업의 발전으로 인해 귀중한 성분을 회수하는 데 적용될 수 있는 생체 촉매 및 발효와 같은 생명공학 공정이 도입되었습니다(Singh et al.소환2022년 ; 베누고팔과 사시다란소환2022 ). 발효는 전통적인 화학 공정에 비해 환경에 미치는 영향이 적고 운영 비용도 저렴하기 때문에 식품, 에너지, 제약, 사이드 스트림 처리 산업 모두에서 발효에 주목하고 있습니다(Chai et al.소환2022 ). 따라서 생물학적 처리 시설을 통합하고 혁신 기반 활용 방법을 구현하면 바이오 경제를 창출하여 자원 회수를 극대화할 수 있습니다(Singh et al.소환2022 ). 녹색 화학을 해양 관련 산업에 통합하면 보다 수익성 있고 지속 가능하며 의식 있는 해양 경제로 이어질 수 있습니다(Venugopal 및 Sasidharan소환2022 ). 본 연구에서는 단백질, 지질, 생리활성 펩타이드와 관련된 고부가가치 자원을 회수하기 위한 바이오정제에 사용되는 발효 공정의 중요성과 해산물 부산물을 변환하는 데 사용되는 다양한 발효 전략을 조사합니다.

자원회수 도구로서의 발효의 중요성

예방 조치를 통해 생산부터 활용까지 모든 단계에서 먹을 수 없는 식품 부류의 생산을 줄일 수 있습니다. 이 시나리오에는 적절한 부류 관리 정책이 시급히 필요합니다(Dahiya et al.소환2018 ). 물리적, 화학적, 생물학적 공정은 종종 사이드 스트림 처리 기술에서 단독으로 또는 조합하여 사용됩니다. 물리적 및 화학적 과정은 종종 발효나 효소 가수분해와 같은 생물학적 과정보다 더 가혹하고 덜 생태학적입니다(Rai et al.소환2011년 시디퀴 외.,소환2023 ). 폐기된 물질과 해산물 부류의 가치를 평가하는 기존 방법은 물리적, 화학적 방법에 따라 달라집니다. 이러한 프로세스에는 항상 다양한 제한이 있으며 이러한 단점으로 인해 바이오리파이너리(Venugopal 및 Sasidharan)와 같은 친환경 대안에 대한 관심이 높아졌습니다.소환2022 ).

해산물 부산물의 가치 평가에서 바이오리파이너리의 역할

생명공학은 부가가치가 높은 제품을 생산하고, 제품 품질을 보장하며, 자원 회수를 위해 부수적 흐름을 제거하는 새로운 기술을 개발할 것을 약속합니다. 이러한 방법은 부류 물질 및 수산물(Venugopal)로부터 산업용 생체분자를 재활용하는 새로운 녹색 기술로 인해 가능해졌습니다.소환2021 ). 친환경 프로세스를 이용한 복구가 가능합니다. 그 원천 중에는 미생물 발효, 효소 반응, 메탄 생성, 광합성 및 오일 처리가 있습니다. (Venugopal과 Sasidharan소환2022 ). 생물학적 절차는 저렴하고 안전하며 분리된 구성 요소의 특성에 해로운 영향을 거의 또는 전혀 미칠 수 없습니다. 결과적으로 이러한 절차는 부류와 폐수를 유용한 제품으로 농축하는 유연하고 저렴한 방법을 제공합니다(Venugopal소환2021 ). 특히, 해산물 잔류물과 관련된 물질의 회수를 통해 수산 자원의 사용을 늘리고 해양 가치를 향상시키는 활동을 생산하고 다루는 바이오리파이너리의 경우(Veríssimo et al.소환2021 ). 바이오리파이너리 개념을 해양 산업에 통합함으로써 천연 자원을 보존하고 해산물 부류의 생산을 제거하는 동시에 고용을 창출하고 수익을 증가시킬 수 있습니다. 어류 가공으로 인한 부류는 바이오리파이너리에 실행 가능한 재생 가능 바이오매스 공급원을 제공할 수 있습니다. 바이오리파이너리 방식에서는 산업 화학 물질, 바이오 연료, 동물 사료, 유기 비료, 영양분 등을 포함한 부가가치 제품이 어류 측류에서 생산됩니다. 프로세스의 일부 주요 측면은 낮은 비용과 사용 용이성이며, 이는 높은 생산량을 유지하면서 인건비, 에너지 사용량 및 자재 비용을 낮추어 달성됩니다(Venugopal소환2021 ). 고분자, 천연 고분자, 미네랄의 복잡한 매트릭스가 해산물 사이드 스트림을 구성합니다. 결과적으로, 이들 잔류물로부터 부산물을 추출하는 과정은 종종 여러 단계와 분리 과정을 거치게 된다. 새로운 대상 구성 요소가 제공하는 특성과 품질, 그리고 필요한 상용 제품의 순도 수준에 따라 추출 플랫폼의 디자인이 변경됩니다(Veríssimo et al.소환2021 ). 현대식 바이오리파이너리는 매우 비용 효율적으로 구축되었으며 안전한 산출물(Venugopal)을 생성하는 동시에 처리되지 않고 위험한 원료(예: 산업, 주거 및 농업 부류)를 처리할 수 있습니다.소환2021 ). 상당한 발전을 통해 블루오션 경제가 현실화되고 있습니다. 그러나 이러한 각 프로세스를 원활하고 효율적인 생산 시스템으로 결합해야만 전체 해양 생물정제소를 만들 수 있습니다(Veríssimo et al.소환2021 ). 원자재의 유형과 접근성에 따라 바이오정제 기술이 생성할 수 있는 연료의 양이 결정됩니다. 결과적으로, 이들 기술이 사이드 스트림 바이오정제라는 통합 개념 하에 결합될 수 있다면, 혼합되고 다양한 원료를 가공하여 부가가치가 있는 화학 제품과 함께 전력, 식품, 열, 사료 및 에너지와 같은 많은 재료를 생성할 수 있습니다(Nizami et al. 알.소환2017 ). 생물학적 처리 방법을 이용하면 사이드 스트림을 보다 효과적으로 처리할 수 있으며, 바이오 연료(수소, 메탄, 바이오에탄올), 바이오 소재, 플랫폼 화학 물질, 바이오 비료, 동물 사료, 바이오매스, 바이오 전기 등 다양한 제품을 생산할 수 있습니다.

귀중한 생체분자를 회수하기 위한 미생물 발효

화학 공정에 비해 안전성, 에너지 생산, 환경에 미치는 영향 및 운영 비용이 낮기 때문에 발효는 식품 가공, 제약 에너지 및 사이드 스트림 처리 산업의 관심을 얻었습니다. 이는 다양한 효소에 의해 촉진되는 미생물 활동을 통해 반응하는 모든 천연 물질의 과정으로 설명됩니다(Chai et al.소환2022년 ; W. Sun, 샤라자비안, 린소환2022 ). 발효의 사용은 pH 변화에 의한 가수분해와 관련하여 다양한 이점을 제공할 수 있으며 또한 다양한 측면 흐름에서 귀중한 제품을 생산하기 위해 수년 동안 사용되어 왔습니다(Marti-Quijal et al.소환2020년 ; 베누고팔과 사시다란소환2022 ). 발효는 인류가 고대부터 해왔던 생명공학적 과정이다. 오늘날 많은 화학물질은 산업 생산에서 중요한 역할을 하는 발효 기술을 사용하여 제조됩니다. 살아있는 미생물(균류, 균사체, 박테리아 또는 미세조류)이 이 과정에서 원료를 사용하여 고품질 제품(Venugopal)을 생산합니다.소환2021 ). 일반적으로 발효는 복잡한 유기 화합물을 산소 없이 포도당과 같은 단순한 화합물로 분해하는 효소 중심 과정입니다. 두 개의 ATP 분자를 생성하는 호기성 세포 호흡보다 발효 중에 더 적은 에너지가 생성됩니다. 유기체에 따라 발효는 다양한 다른 부산물을 생성할 수 있습니다. 발효 동안 박테리아, 곰팡이, 원생동물 및 동물 세포는 젖산, 젖산염, 이산화탄소(CO 2 ) 및 물을 생성합니다. 효모와 심지어 대부분의 식물 세포에서도 발효로 인해 에틸 알코올, CO 2 및 물이생성됩니다발효는 또한 최근 여러 측면 스트림(Venugopal 및 Sasidharan)에서 귀중한 제품을 생산하기 위해 활용되었습니다.소환2022 ). 발효 기술의 분류는 도식적으로 표시됩니다.그림 1. 발효 과정에는 종종 유기 물질인 내인성 전자 수용체를 사용하여 탄수화물과 같은 유기 물질을 산화시켜 에너지를 생성하는 과정이 포함됩니다. 종류는 일반형, 바이오매스형 또는 정밀형일 수 있습니다. 전통적인 발효는 수천년 동안 존재해 왔습니다. 바이오매스 발효는 영양소, 생체재료, 효소, 향료, 연료 및 의약품으로 활용될 수 있는 세포 덩어리를 생성하기 위해 1980년대부터 식품 사업에 사용되었습니다. 최근에는 배양육 구성물을 만들기 위한 대체 단백질의 공급원이 되었습니다(Venugopal소환2021 ). 미생물 형질전환 기술은 유망한 생명공학 물질을 분리하고 사용하는 효율적인 방법을 제공합니다(Dahiya et al.소환2018년 ; 베누고팔소환2021 ). 박테리아, 곰팡이 및 원생동물은 통성, 혐기성 또는 호기성 기능을 위해 활용되는 미생물의 예입니다. 혐기성, 회분식, 연속식 또는 유가식 미생물 발효 공정은 모두 고체, 침지 또는 액체 배지에서 가능합니다. 원하는 양에 도달할 때까지 연속 또는 펄스 배지 배양을 추가함으로써 유가식 장치는 유기산, 에탄올, 미생물 바이오매스, 효소, 항생제, 비타민 및 기타 화합물을 생산하는 데 자주 사용됩니다. 더 높은 생산성, 더 높은 환경 내 용존 산소 수준, 더 나은 생분해 속도 및 더 짧은 발효 시간은 전통적인 비연속 공정에 비해 유가식 공정의 이점입니다(Venugopal소환2021 ). 다른 생물학적 플랫폼과 비교하여 혐기성 발효는 생물학적 측면 흐름, 특히 식품 측면 흐름에서 바이오 연료 및 환경 화학 물질을 생성하는 데 많은 관심을 끌고 있습니다(Dahiya et al.소환2018 ). 유산균(LAB)의 발효는 발효수산물(Venugopal)을 만드는 일반적인 기술이다.소환2021 ). 일반적으로 안전하다고 인정되는 유기체를 이용한 미생물 발효는 여러 가지 상업적인 장점을 가지고 있습니다. 이제 EU의 이 새로운 계획에는 최소 400개의 제조업체가 포함됩니다(Nizami et al.소환2017 ). 긍정적인 소식은 Euromonitor(Venugopal 및 Sasidharan)에 따르면 최근 몇 년간 전 세계적으로 강화/기능성 식품의 판매가 극적으로 증가했다는 것입니다.소환2022 ). 2027년에는 어류 단백질 가수분해 시장이 크게 늘어날 것으로 예상된다. 발효는 최근 몇 년 동안 다양한 부류를 가치 있는 제품으로 전환하는 데 사용되었습니다(Venugopal 및 Sasidharan).소환2022 ). 식품 부산물에 대한 생물학적 정화는 화석 기반 정화를 어느 정도 보완할 수 있으며 바이오 연료, 제품 화학 물질 및 생물학적 물질을 포함한 다양한 바이오 기반 최종 제품을 생성하여 생물 경제, 자원 보안, 생태계 서비스 및 기후의 중요한 동인을 다룰 수 있습니다. 비료. 식품부류를 생물학적으로 처리함으로써 우리는 곧 환경에 미치는 영향을 최소화하면서 지속 가능한 경로를 달성하게 될 것입니다(Dahiya et al.소환2018 ).

그림 1. 다양한 발효의 메커니즘.

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생체분자를 회수하기 위한 젖산 발효

연구자들은 LAB가 동물 및 어류 가공 부문에서 생성된 측면 스트림의 측면 스트림 안정화 및 생체분자 회수에 어떻게 영향을 미치는지 조사했습니다(Coimbra소환2016년 ; Kumaret al.소환2018년 ; Marti-Quijalet al.소환2020년 ; Vázquezet al.소환2019 ). 젖산 발효는 사료나 중화제로 바로 사용할 수 있는 제품을 생산하는 생태학적으로 허용되는 공정이기 때문에 사이드 스트림의 경우 인기를 얻고 있습니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). 예를 들어, 해산물 측류 가공에서 생체분자를 추출하려면 발효를 제어해야 합니다. LAB 발효는 산 접근법보다 더 큰 영향을 미칩니다. 이 미생물은 디아세틸 과산화수소, 유기산, 박테리오신과 같은 수많은 화합물을 생산합니다. 부패미생물을 억제하고 식품의 맛과 식감을 개선하는데 상당한 효과가 있습니다. 상업용 LAB 균주는 식품 및 식용 산업이 발효의 혜택을 누리는 데 필수적입니다(Özyurt et al.소환2017 ). 유기체의 종류, 접종원의 양, 발효 초기 및 발효 중 pH 모두가 젖산 형성에 영향을 미칩니다. 설탕이 분해될 때 생성되는 젖산은 pH를 낮추어 박테리아의 발생을 감소시키고 산성 프로테아제의 활성을 촉진합니다. 이러한 효소는 해산물에서 발견되는 단백질에서 가장 잘 기능하며, 그 중 다수는 키틴, 카로티노이드 및 지질에 부착되어 있습니다(Venugopal소환2021 ). 도살장의 생선과 부산물은 LAB 발효를 사용하여 성공적으로 보존되었습니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). 허용 가능한 양의 발효 가능한 탄수화물의 추가, 발효 중 pH 감소 및 완제품 보관, 시작 배양물의 빠른 성장, 충분한 젖산 생성은 효과적인 젖산 발효를 위한 세 가지 주요 요구 사항입니다. 24~48시간 또는 특정 상황에서는 3.9시간 내에 생선이나 동물성 부산물, 탄수화물 및 시작 배양물의 혼합물이 발효되어 4.4~5.0 범위의 pH 수준을 생성할 수 있습니다. 도축부산물의 발효과정이 성공적으로 이루어지면 pH가 5.0 이하로 유지되어야 하며, 그 상태가 1년 미만이어야 한다. 유통기한을 연장하는 일반적인 방법인 생선 발효는 필요한 박테리아 대사산물을 생성합니다. 항산화 화학물질, 오일, 단백질 가수분해물의 생성은 모두 부산물 발효에 의해 개선됩니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). LAB은 오랫동안 발효 생선 제품을 만드는 데 사용되어 왔습니다. 키틴에 결합된 단백질, 지질, 카로티노이드에 작용하는 산성 프로테아제는 pH가 낮을 때 더 활성이 높습니다(Venugopal소환2021 ). 발효는 pH 변화를 유발하여 가수분해에 여러 가지 이점을 제공할 수 있습니다. 여러 가지 주요 장점 중 발효는 글루타티온과 관련된 항산화 펩타이드의 효능을 강화하여 산화 스트레스 손상을 예방합니다. 또한, 단백질을 가수분해하고 펩타이드와 더 짧은 아미노산으로 분해하는 발효는 동물 사료 단백질 공급원으로 사용될 때 더 나은 소화 가능한 단백질을 생산합니다. 이는 생선 영양 함량을 향상시키는 훌륭한 도구입니다. 개미산 처리와 비교하여 발효는 어류 측류 오일 품질을 향상시킵니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). 따라서 발효를 통해 효소, 세포 덩어리, 향료 및 식품 첨가물을 비롯한 다양한 부가가치 제품이 생산될 수 있습니다. LAB에 의한 발효는 또한 식용을 식용으로 바꾸고, 식품을 보존하고, 영양가를 높이고, 독성을 낮추며, 요리 시간과 에너지를 덜 필요로 하는 다양한 식품을 만들어냅니다(Venugopal소환2021 ). 이 기술은 유리하고 안전하며 환경에도 좋습니다. 이는 많은 에너지를 소비하지 않을 뿐만 아니라 광범위한 화합물을 얻을 수 있는 가능성을 제공합니다(Marti-Quijal et al.소환2020년 ; 베누고팔소환2021 ).

해산물 부산물로부터 얻은 생체분자의 다양한 응용

해산물 내장에서 발견되는 색소, 키틴, 지질 및 단백질은 회수되거나 다양한 바이오제품을 만들기 위한 저렴한 기질로 사용될 수 있습니다(Veríssimo et al.소환2021 ). 생선 부산물 발효로 인해 고품질의 단백질, 오일 및 항산화제가 생성됩니다. 발효산물은 수생생물(Venugopal)의 영양제로 활용될 수 있다.소환2021 ). 또한, 어류 측류에는 비료 제조에 적합한 질소, 인, 칼슘이 풍부한 화합물이 포함되어 있습니다. 이들 비료는 현재 시중에 판매되고 있으며 유기농법으로 승인되었습니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). 다양한 미생물의 도움으로 물고기 측 흐름을 액체 비료로 전환하는 것이 가능했습니다. 이 재료는 실온에서 최대 6개월 동안 부패 저항성을 나타냈습니다(Venugopal소환2021 ). 대부분의 경우, 재배 가능한 원료로 변환하기 위해 이러한 기질에 예비 전처리가 적용됩니다. 칼슘, 질소, 인산염이 풍부한 이 전처리된 고체 제품의 사용은 토마토 수확, 바이오제약 및 얼음 상추( Lactuca sativa L.) 작물에 도움이 되었습니다. 한편, 배양 실험에서는 일반적으로 다양한 생체분자를 생산하기 위해 영양이 풍부한 청색 액체 상청액을 출발 배지로 사용합니다. (Veríssimo 외.소환2021 ). 라시드, 정, 김(소환2018 ) Bacillus cereus를 사용하여 새우 껍질 분말을 발효하여 설탕, 항산화제 및 DNA 보호 화학 물질을 생성했습니다. 유가식 발효와 배치식 생물학적 분해를 비교할 때 더 높은 결과가 보고되었습니다(Rashid, Jung, Kim소환2018년 ; 베누고팔소환2021 ). STP 조건에서 1kg의 식품 측 흐름은 385g의 프로피온산, 916g의 부티르산 및 624.96g의 아세트산을 생성할 수 있습니다(Dahiya et al.소환2018년 ; Nizamiet al.소환2017 ). 생물학적 분자 외에도 수산물의 부산물에서도 에너지를 얻을 수 있습니다. STP의 식품부류의 발열량은 5350KJ/kg으로 바이오에너지 자원으로 사용될 가능성이 있음을 시사합니다. 1g의 포도당은 완전히 산화되어 16KJ의 에너지를 제공해야 합니다. 50%의 전환 효율에서 식품 측 흐름에서 나오는 1kg의 COD는 15.62mol의 메탄올(350L 메탄올)을 생성하며, 이는 13,882KJ의 에너지 생산과 3.85kWh의 전력 생산을 초래합니다(Dahiya et al.소환2018 ). 바이오경제의 성장과 환경적 지속가능성은 식품부수로 만든 에너지 집약적이고 경제적으로 실행 가능한 제품의 사용에 의해 크게 도움이 될 수 있습니다. 또한, 공동 생산을 통해 자원 회수를 극대화하기 위해 여러 가지 방법을 결합하면 환경에 대한 식품부류의 해로운 영향을 일정 수준까지 줄일 수 있습니다(Dahiya et al.소환2018 ).1 번 테이블발효 기술의 다른 가능한 용도를 요약합니다.

표 1. 잠재적인 적용을 위한 발효 기술.

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수산부류로부터 단백질 회수를 위한 발효기술 적용

생명에 필요한 6가지 필수 영양소 중에서 단백질은 중요한 생체 활성 분자입니다(Mao et al.소환2017 ). 살아있는 유기체는 성장하고 발달하기 위해 영양소, 단백질 및 생리 활성 펩타이드가 필요합니다(Ucak et al.소환2021년 ; Välimaaet al.소환2019 ). 단백질 수요를 공급하려면 지속 가능한 접근 방식이 필요합니다. 식품 생산 시스템의 생물 다양성 증진, 재생 방법을 통한 대체 단백질 생성, 사이드 스트림에서 건강에 좋고 지속 가능한 단백질 회수 등이 그 중 일부입니다. 단백질은 식품 사이드 스트림, 특히 해산물에서 발견될 수 있습니다(Ucak et al.소환2021 ). 어류 측류의 기본 단백질 함량은 가공 유형과 어류에 따라 8~35%로 다양합니다(Vicente et al.소환2022 ). 해산물 부산물에서 가수분해된 단백질과 뼈, 내장 기관, 콜라겐과 같은 성분을 포함한 생리 활성 펩타이드를 포함한 생물학적 활성 화합물이 분리될 수 있습니다(Mao et al.소환2017년 ; Ucaket al.소환2021 ).

발효는 지난 세기 동안 다양한 응용 분야에서 사용된 환경 친화적이고 경제적인 방법입니다. 발효는 단백질을 포함한 다양한 귀중한 화합물을 생성합니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). 발효 해산물 측류에서 추출한 단백질에는 필수 및 비필수 아미노산이 포함되어 있습니다(Mao et al.소환2017년 ; Ucaket al.소환2021 ). 이는 육류 및 계란 단백질과 비슷한 영양가를 가지고 있습니다(Ucak et al.소환2021 ). 해산물 측류에는 발효에 의해 회수될 수 있고 다양한 용도로 사용될 수 있는 다양한 단백질 화합물이 포함되어 있습니다. 근육 단백질의 가수분해는 식품 및 제약 분야에서 유익한 생리학적, 기술적 특성을 지닌 생리활성 펩타이드를 생성할 수 있습니다(Ucak et al.소환2021 ). 젤라틴은 필름, 에멀젼, 섬유, 폼, 하이드로겔 등과 같은 단백질 기반 복합 생체 재료에 응용됩니다. 뚜렷한 구조적 및 기능적 특성으로 인해 생선 콜라겐과 젤라틴은 치료, 생물 의학, 화장품 및 생명 공학 분야에 사용됩니다. 이들은 식품 유화제, 발포제, 안정제, 영양 마이크로 캡슐화로 사용될 수 있으며 저지방 식사의 감각적 특성을 향상시킵니다(Venugopal 및 Sasidharan).소환2022 ). 또한, 이러한 단백질은 포도당의 대사를 조절하고, 지질 프로필에 유리한 효과를 가지며, 혈압을 조절하는 등의 유익한 대사 효과를 제공합니다(Ucak et al.소환2021 ). 이러한 발전은 기존의 발효 대신 "바이오매스 발효"를 사용합니다. 백본 발효는 연구되어 시장에 출시되고 있는 새로운 대체 단백질입니다. 미생물에 따라 발효는 가수분해 효소(프로테아제, 리파제, 키티나제)와 기타 효소를 생산할 수 있습니다. 어류 측류를 탄소-질소 공급원으로 사용하는 미생물 발효는 수산 측류(Venugopal 및 Sasidharan)에서 다양한 정도의 유용 물질을 추출하는 경제적이고 안전하며 환경 친화적인 방법입니다.소환2022 ). 생체분자 회수에는 비병원성 박테리아 효소의 사용이 필요합니다(Rai et al.소환2011 ). 이들 미생물은 특정 원료 성분을 분해하여 가수분해물을 생성하는 가수분해 효소를 방출합니다(그림 2) (Gao et al.소환2021 ). 다른 소스에서 파생된 프로테아제와는 달리, 다양한 미생물에 의해 생성된 미생물 프로테아제는 여러 가지 이점을 제공합니다. 여기에는 저렴한 생산 비용, 대량 생산 가능성, 더 빠른 효소 분리 시간, 효소 효율성을 높이는 유전 공학에 반응하는 유기체의 능력이 포함됩니다. Bacillus spp., Bifidobacterium spp. 및 젖산균이 가장 흔히 사용되는 미생물 프로테아제입니다(Godinho et al.소환2016 ). 프로테아제는 식품 측 흐름을 탈염하고 단백질을 제거합니다(Ucak et al.소환2021 ). 발효에는 자연적으로 발생하거나 단백질과 당을 가수분해하기 위해 첨가된 미생물이 필요합니다. 가수분해된 단백질의 생산에 영향을 미치는 두 가지 성장 매개변수는 접종 환경과 배지의 펩타이드 함량입니다. 세포외 미생물 프로테아제는 분자량과 아미노산 서열이 다른 광범위한 펩타이드를 가수분해합니다. 이러한 생리활성 펩타이드는 매혹적인 특징을 가지고 있습니다(Godinho et al.소환2016 ). 전체적으로 해산물 부산물에서 생성된 펩타이드는 항균 활성, 항산화 활성, 항증식 효과, 항고혈압 활성, 항응고 작용, 칼슘 흡수, 뼈 무기질화 등과 같은 생물학적 특성을 갖는 경우가 많습니다(Ucak et al.소환2021 ). 여러 저자의 최근 연구는 단백질 분해를 통해 생리활성 펩타이드를 제조하기 위해 미생물을 활용하는 데 중점을 두었습니다(Godinho et al.소환2016 ). A26을 사용하여 어육에서 생산된 단백질 가수분해물은 Jemil et al. (소환2014 ) 기능성, 항균 및 항산화 특성에 대해 연구했습니다. 다양한 어육을 활용한 발효로 생성된 가수분해 단백질의 유익한 용해도, 유화 안정성 및 거품 형성 능력을 입증했습니다. Bacillus subtilis A26 의 단백질 분해 효소는항산화 및 항균 활성을 갖는 어류 단백질의 생물정제 과정에서 펩타이드를 생성했습니다(Jemil et al.소환2014 ). 또 다른 연구에서는 민물고기 머리측 하천에서 분리한 유산균을 이용하여 Bacillus subtilis를 발효시켜 지질과 단백질을 동시에 회수한 결과가(소환2014 ). 연구 결과에 따르면 발효는 지방산이나 지질 프로필에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났습니다. 항박테리아 및 항산화제인 어두 단백질은 식품 조성물에서 기능성 첨가제로 사용될 수 있다. 따라서 인간의 건강을 증진하거나 식품의 유통기한을 연장할 수 있습니다. 발효된 가수분해 단백질은 다양한 박테리아 종에 대해 항균 특성을 나타냈습니다. 제약 사업, 영양 보충제, 식품 보존 분야에서 그 용도를 볼 수 있습니다(Ruthu et al.소환2014 ). Fang et al.에 따르면 Aspergillus oryzae를 이용한 생선 수프 발효로 만든 가수분해물(소환2017 ), 또한 강력한 항산화 활성을 나타냅니다. 이는 식품 및 의약 분야에서 광범위하게 응용할 수 있는 저렴한 항산화제 공급원일 수 있습니다. 이러한 응용에는 식품 보존 및 건강 증진을 위한 응용이 포함됩니다(Fang et al.소환2017 ). 마지막으로, 발효 바이오프로세스는 어류 측류를 가치 있는 기능성 소재로 변환하면서 환경 영향을 최소화함으로써 청정 생산에 기여합니다.표 2해산물 부산물의 가치를 높이기 위한 발효의 다양한 적용을 보여줍니다. 따라서 발효는 많은 옵션을 제안하고 다양한 이점을 얻기 위해 사용될 수 있는 방법임이 확실해 보입니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ).

그림 2. 해산물 측면 하천에서 귀중한 물질 회수.

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표 2. 해산물 측류에서 단백질을 회수하기 위한 발효 기술

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수산부류로부터 지질회수를 위한 발효기술 적용

발효는 지질 폐기물의 가치를 변화시키고 향상시키는 데 적합한 수단으로 간주될 수 있습니다. 발효 과정의 결과, 폐기물의 종류에 따라 가수분해된 단백질이 풍부한 분획과 오일, 키틴 또는 콜라겐이 생성됩니다. 수산업 폐기물 지질 기반 화합물의 단백질 외에 어유, 다중 불포화 지방산(PUFA), 인지질 및 콜레스테롤이 포함됩니다. 에이코사펜타엔산(EPA) 및 도코사헥사엔산(DHA)과 같은 지방산은 생선 가공 과정에서 부산물/폐기되는 영양학적으로 가치 있는 성분의 공급원으로 잘 알려져 있습니다. PUFA는 고혈압, 심혈관 질환 위험, 염증성 질환 및 자가면역 질환을 감소시키는 이점을 가지고 있습니다. (킴과 멘디스소환2006 ). 최근 몇 년간 어유의 경제적 가치는 주로 수요와 공급의 불규칙성과 관련된 문제로 인해 감소했습니다. 예측에 따르면 이러한 추세는 가까운 미래에도 지속될 가능성이 높습니다(Turchini, Torstensen 및 Ng).소환2009 ). 수요 증가로 인한 문제를 해결하기 위해 어유에 대한 실행 가능한 대안을 신속하게 채택하고 식별하는 것이 점점 더 중요해지고 있습니다. 결과적으로, 어유의 보충 공급원을 탐색하는 데 중점을 두고 있습니다. 수산업에서 수산업 측면 스트림에서 회수된 지질은 어유에 대한 탁월한 대체품으로 사용될 수 있을 뿐만 아니라 어유 수요를 어느 정도 충족시킬 수 있습니다. 이러한 맥락에서 발효와 같은 생물학적 방법이 중요해지고 있습니다. 발효는 음식물 쓰레기 내 미생물의 성장이 식품 매트릭스에서 성분을 안전하고 효과적으로 방출하는 생물전환을 가능하게 하는 것으로 간주됩니다(SF Bruno et al.소환2019년 ; Dessieet al.소환2020년 ; Shavandiet al.소환2019 ). 젖산균(LAB) 의존적 생물전환은 먹을 수 없는 생선을 식용으로 만들고, 독성을 줄이며, 조리 시간과 영양분을 보존하고 줄이는 장점이 있습니다. LAB 발효는 설탕을 젖산으로 분해하여 pH가 낮아져 결과적으로 pH가 3.5로 낮아집니다. 리파제는 에스테르 복합체 생성을 촉매할 수도 있는 트리아실글리세롤 가수분해효소로 작용합니다. 생선 내장은 19~21가지 지질의 좋은 공급원입니다. 발효를 통해 최대 85%의 지질을 회수할 수 있습니다(Rai et al.소환2010 ).

수산업 폐기물에서 지질 함량은 4~43.8%인 것으로 보고되었습니다. 이들 지질은 산화되기 쉬운 고도불포화지방산(PUFA)의 상당한 공급원입니다. 생선 내장 폐기물과 과산화물 값은 생선 내장 폐기물이 자가분해되는 동안 발효 3~4일까지 증가하는 것으로 나타났습니다. 어유 회수 기존 방법에는 가열 등의 물리적 처리와 원심분리에 의한 오일 분리가 포함됩니다. 생선 내장 폐기물에서 기름을 제거하기 위해 용매를 사용할 수 있지만 이는 비용 효과적인 접근 방식이 아닙니다. 생선 내장 측류에서 기름을 회수하는 방법은 젖산 발효를 사용하여 연구할 수 있습니다(Rai et al.소환2011 ). 발효 중 회수된 오일의 품질은 젖산 발효(LAF)가 품질에 미치는 영향을 줄이면서 오일을 회수하는 더 나은 방법으로 간주된다는 것을 보여줍니다. 발효를 통해 회수된 오일의 지방산 조성은 용매 추출을 통해 얻은 것과 구별할 수 없습니다. 지방산 조성의 측면에서 보면 포화지방산과 불포화지방산이 고르게 분포되어 있습니다(Rai et al.소환2011 ). 생선 가공 부류의 경우 회수된 기름은 불포화지방산이 풍부한 생선기름의 유능한 대체 공급원이 될 수 있습니다.

고기에 비해 민물고기와 바다고기의 내장과 머리에서 추출한 지질의 함량이 더 높습니다(Rai et al.소환2011년 ; Swapnaet al.소환2010 ). 생선 기름의 유망한 대체품은 생선 유래 지질에서 추출한 지방산 구성에 있습니다. 이러한 지질은 카로티노이드와 함께 다양한 생체 기능성을 제공합니다. 호기성, 혐기성 또는 조건성 박테리아, 곰팡이, 균사체 또는 미세조류를 비롯한 미생물은 발효 과정에서 중요한 역할을 합니다. 이들은 모두 리파제, 키티나제 및 프로테아제를 포함하는 가수분해 효소의 생산을 가능하게 합니다. 이는 폐기물의 탈염 및 단백질 제거를 돕는 전통적인 단백질 분해 처리 중 알칼리 대체에 관여하는 미생물에 달려 있습니다. 유산균은 생물전환을 돕고, 영양강화에 도움을 주어 먹을 수 없는 음식을 먹을 수 있게 만들고, 보존하며, 조리시간을 줄이고 독성을 줄입니다. LAB 발효는 설탕을 젖산으로 분해하는 데 도움이 되어 PH가 3.5로 낮아집니다. 낮은 PH는 폐기물 내 탄수화물, 지질, 카로티노이드 및 미네랄에 결합된 단백질을 방출하는 산성 프로테아제와 같은 효소의 최적 활성을 돕습니다. 산은 젖산칼슘을 형성하는 주요 미네랄 성분인 탄산칼슘과 반응하여 오염 미생물의 성장을 제어하고 세포의 탈염을 초래합니다. 미생물 발효는 최소한의 유기 용매 요구 사항으로 단순성, 신속성, 쉬운 취급 및 제어 가능성으로 인해 선호됩니다. 안전성, 낮은 에너지 소비 및 환경 친화성을 제공합니다. 더 깨끗하고 친환경적이며 경제적인 공정인 키틴 바이오 추출은 발효의 이점을 활용하여 단백질 가수분해물, 키틴 및 오일의 품질을 향상시키는 동시에 항산화제를 생성합니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). 젖산발효(LAF)는 2000년대부터 키틴 생산에 사용되었으며, 어류 내장 발효는 함량의 19~21%를 구성하는 지질을 회수할 수 있습니다(Rai et al.소환2010 ).표 3해산물 측류에서 지질을 회수하기 위해 채택된 주요 발효 기술을 묘사합니다.

표 3. 해산물 측류에서 지질을 회수하기 위한 발효 기술

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발효법을 이용한 수산부류로부터 생리활성 펩타이드 추출

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해산물 가공 부산물의 종합적 가치화를 위한 발효 기술 구현: 귀중한 영양소 회수 및 활용도 향상에 대한 비판적 검토

샤히다 아누샤 시디퀴

,

단야 락슈미칸트

,

치란지브 프라단

,

자라 파라지네자드

,

로베르토 카스트로-무뇨스

&

아힐라시 사시다란

온라인 게시: 2023년 12월 14일

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추상적인

발효 기술은 다양한 측면 흐름에서 귀중한 영양소를 회수하기 위해 다양한 산업 공정에서 사용되는 생물정제 도구입니다. 이 기술의 유망한 응용 분야 중 하나는 해산물 측천에서 영양 성분을 재생하는 것입니다. 해산물 가공은 머리, 껍질 및 기타 측면 흐름을 포함하여 상당한 양의 폐기물을 생성합니다. 이러한 사이드 스트림에는 발효 기술을 사용하여 추출할 수 있는 귀중한 영양 성분이 다량 함유되어 있습니다. 발효 기술은 미생물을 활용하여 사이드 스트림을 바이오 연료, 효소 및 동물 사료와 같은 가치 있는 제품으로 변환합니다. 키틴, 키토산과 같은 천연 고분자는 식품, 의약, 농업 산업에서 다양한 용도로 사용됩니다. 또 다른 예는 해산물 측천에서 나오는 생선 단백질 가수분해물(FPH)입니다. FPH는 동물 영양 및 기능식품 산업에 사용될 수 있는 단백질이 풍부한 분말입니다. 생성된 가수분해물을 추가로 여과하고 건조하여 FPH 분말을 생성합니다. 발효 기술은 해산물 측천에서 귀중한 영양소를 회수하는 데 큰 가능성을 가지고 있습니다. 이 프로세스는 폐기물을 줄이고 폐기물로 간주되는 것에서 새로운 부가가치 제품을 생성하는 데 도움이 될 수 있습니다. 추가 연구 및 개발을 통해 발효 기술은 바이오정제 산업의 핵심 도구가 될 수 있습니다.

키워드:

• 동물 영양
• 생리활성 펩타이드
• 바이오리파이너리
• 발효
• 영양분 회복

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소개

2050년까지 90억 명 이상에 이를 것으로 예상되는 세계 인구의 빠른 증가로 인해 식량 수요가 크게 증가할 것입니다(Karimi et al.소환2021 ). 반대로, 개인이 더 풍요로워지면 프리미엄 식품 및 기타 제품에 대한 수요가 증가합니다. 그럼에도 불구하고, 특히 포획되는 식량 자원은 제한될 것입니다(Välimaa et al.소환2019 ). 매우 다양한 수생태는 전 세계 식량의 약 20%를 제공합니다(Sharma et al.소환2020 ). 또한, 거의 연구되지 않았지만 식품, 의약품 및 화장품에 높은 부가가치를 가질 수 있는 영양소와 생리 활성 화합물을 함유한 수백만 종을 포함하고 있습니다(Ucak et al.소환2021 ). 2030년까지 인간의 생계를 위해 1억 8,300만 톤의 해산물이 필요할 것으로 예상됩니다(Sharma et al.소환2020 ). 해산물 산업에서는 머리, 내장, 비늘, 뼈 등 상당한 양의 가공 폐기물이 발생하는데, 이는 원자재 중량의 약 40~60%를 차지합니다(Singh et al.소환2022 ). 결과적으로 해산물은 일반적으로 사용 가능한 질량이 적고 더 많은 측면 스트림을 생성합니다(Sharma et al.소환2020 ). 이러한 제품의 적절한 폐기는 양식 및 어업 부문에 부정적인 영향을 미치는 심각한 환경 위험을 초래할 수 있기 때문에 여전히 중요한 문제입니다(Marti-Quijal et al.소환2020년 ; Ucaket al.소환2021 ). 연구에 따르면 해산물 가공 시 부산물과 폐기 물에는 생물학적, 영양학적으로 중요한 다양한 단백질 성분과 다량의 폴리불포화지방산(PUFA), 미네랄, 젤라틴, 콜라겐 및 카로티노이드가 함유된 지질이 풍부합니다(Singh et al. 알.소환2022년 ; Ucaket al.소환2021년 ; Välimaaet al.소환2019 ). 오염을 방지하고 어업 및 양식 산업을 개선하기 위해 이러한 부류에 두 번째 기회가 주어져야 하며, 많은 필수 영양 및 기능 성분을 공급해야 합니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). 생리 활성 및 건강 증진 성분이 존재하면 화장품과 같은 식품 이외의 기술 외에도 건강 식품, 영양소 및 특수 사료에 대한 응용 개발이 가능합니다(Singh et al.소환2022년 ; Välimaaet al.소환2019 ). 소비자들은 건강을 의식하는 라이프스타일을 채택하고 있으며 이는 이러한 추세를 뒷받침합니다. 환경 문제에 대한 소비자의 인식이 높아짐에 따라 부산물에서 파생된 신제품에 대한 긍정적인 이미지를 만드는 것도 가능합니다(Välimaa et al.소환2019 ). 또한, 유럽연합(EU) 위원회는 순환경제를 사회적 목표이자 혁신적인 발전 모델로 장려하는 그린딜(Green Deal)을 2020년에 제안했습니다(Donzella et al.소환2022년 ; Leong et al.소환2021 ). 지속 가능한 제품 디자인, 소비자 권한 부여 및 생산 프로세스의 순환이 모두 이 중앙 문서에서 논의됩니다. 또 다른 아이디어는 2차 원자재 산업을 발전시키는 것이다. 이는 종종 쓰레기로 버려지지만 대신 원료로 재사용될 수 있는 부류입니다. 공급망에 대한 대안을 식별하는 것은 부류와 환경 문제를 줄이는 두 가지 목표를 가지고 있습니다(Allegretti et al.소환2022 ). 결과적으로 기능성 식품, 영양제, 의약품, 화장품 등을 저렴한 비용으로 개발할 수 있다. 또한 부류와 가치가 낮은 해산물을 효율적이고 합리적으로 사용하면 지속 가능하고 환경 친화적인 생산을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다(González-Camejo et al.소환2023년 ; Ucaket al.소환2021 ). 현재의 경제 역학에서는 부류로부터 자원 회수를 극대화하기 위해 보다 지속 가능하고 재생 가능한 기술이 필요합니다. 최근 몇 년 동안 영양 품질과 미생물 안전성을 개선하는 동시에 공정 강도를 줄이고, 에너지 사용량을 줄이며, 사이드 스트림 부하를 줄이고, 공정 생산성과 생산을 향상시켜 식품의 물리화학적 특성을 추가로 높이기 위한 여러 가지 새로운 가공 기술이 개발되었습니다. 이러한 장점은 부인할 수 없지만 경우에 따라 혁신적인 기술을 사용하는 데 드는 비용과 이에 대한 의존도가 장애물이 됩니다. 이러한 상황에서 미생물 발효나 효소 가수분해가 생물전환 과정으로 자주 사용됩니다(Singh et al.소환2022 ). 녹색 기술은 사용 편의성과 환경 안전성으로 인해 향후 식품 첨가물에서 자원을 추출하는 전통적인 기술을 대체할 것으로 예상됩니다(Venugopal 및 Sasidharan).소환2022 ). 최근 몇 년 동안 미생물과 효소를 사용하여 해산물에서 생리 활성 물질을 회수하는 녹색 추출 공정을 만들고 개선하는 "녹색 화학"이 인기를 끌었습니다(Singh et al.소환2022 ). 녹색 화학을 기반으로 한 바이오정제는 추출된 화학물질의 고유 품질을 손상시키지 않기 때문에 안전하고 효과적이며 생태학적으로 책임이 있습니다(Venugopal 및 Sasidharan).소환2022 ). 해산물 산업의 부산물은 생물정제를 통해 가치를 평가하여 생물재료 및 에너지원으로서의 가치를 높일 수 있습니다(Singh et al.소환2022 ). 녹색 기술은 효율성, 에너지 효율성 및 비용 효율성을 고려하여 확립된 평가를 통해 생리활성 화합물 회수에 대한 유망한 성능을 보여줄 수 있습니다(Venugopal 및 Sasidharan).소환2022 ). 고온에서 강산과 알칼리를 사용하는 화학적 추출이 널리 사용됩니다. 이러한 조건은 더 많은 에너지를 필요로 하며, 시간이 많이 걸리고, 처리 비용이 더 높으며, (산과 알칼리를 중화하고 세척하기 위해) 많은 양의 물이 필요하고, 얻어지는 물질의 특성(물리적, 화학적)이 더 나쁘다는 단점과 관련이 있습니다. 제품. 최근 해산물 가공 산업의 발전으로 인해 귀중한 성분을 회수하는 데 적용될 수 있는 생체 촉매 및 발효와 같은 생명공학 공정이 도입되었습니다(Singh et al.소환2022년 ; 베누고팔과 사시다란소환2022 ). 발효는 전통적인 화학 공정에 비해 환경에 미치는 영향이 적고 운영 비용도 저렴하기 때문에 식품, 에너지, 제약, 사이드 스트림 처리 산업 모두에서 발효에 주목하고 있습니다(Chai et al.소환2022 ). 따라서 생물학적 처리 시설을 통합하고 혁신 기반 활용 방법을 구현하면 바이오 경제를 창출하여 자원 회수를 극대화할 수 있습니다(Singh et al.소환2022 ). 녹색 화학을 해양 관련 산업에 통합하면 보다 수익성 있고 지속 가능하며 의식 있는 해양 경제로 이어질 수 있습니다(Venugopal 및 Sasidharan소환2022 ). 본 연구에서는 단백질, 지질, 생리활성 펩타이드와 관련된 고부가가치 자원을 회수하기 위한 바이오정제에 사용되는 발효 공정의 중요성과 해산물 부산물을 변환하는 데 사용되는 다양한 발효 전략을 조사합니다.

자원회수 도구로서의 발효의 중요성

예방 조치를 통해 생산부터 활용까지 모든 단계에서 먹을 수 없는 식품 부류의 생산을 줄일 수 있습니다. 이 시나리오에는 적절한 부류 관리 정책이 시급히 필요합니다(Dahiya et al.소환2018 ). 물리적, 화학적, 생물학적 공정은 종종 사이드 스트림 처리 기술에서 단독으로 또는 조합하여 사용됩니다. 물리적 및 화학적 과정은 종종 발효나 효소 가수분해와 같은 생물학적 과정보다 더 가혹하고 덜 생태학적입니다(Rai et al.소환2011년 시디퀴 외.,소환2023 ). 폐기된 물질과 해산물 부류의 가치를 평가하는 기존 방법은 물리적, 화학적 방법에 따라 달라집니다. 이러한 프로세스에는 항상 다양한 제한이 있으며 이러한 단점으로 인해 바이오리파이너리(Venugopal 및 Sasidharan)와 같은 친환경 대안에 대한 관심이 높아졌습니다.소환2022 ).

해산물 부산물의 가치 평가에서 바이오리파이너리의 역할

생명공학은 부가가치가 높은 제품을 생산하고, 제품 품질을 보장하며, 자원 회수를 위해 부수적 흐름을 제거하는 새로운 기술을 개발할 것을 약속합니다. 이러한 방법은 부류 물질 및 수산물(Venugopal)로부터 산업용 생체분자를 재활용하는 새로운 녹색 기술로 인해 가능해졌습니다.소환2021 ). 친환경 프로세스를 이용한 복구가 가능합니다. 그 원천 중에는 미생물 발효, 효소 반응, 메탄 생성, 광합성 및 오일 처리가 있습니다. (Venugopal과 Sasidharan소환2022 ). 생물학적 절차는 저렴하고 안전하며 분리된 구성 요소의 특성에 해로운 영향을 거의 또는 전혀 미칠 수 없습니다. 결과적으로 이러한 절차는 부류와 폐수를 유용한 제품으로 농축하는 유연하고 저렴한 방법을 제공합니다(Venugopal소환2021 ). 특히, 해산물 잔류물과 관련된 물질의 회수를 통해 수산 자원의 사용을 늘리고 해양 가치를 향상시키는 활동을 생산하고 다루는 바이오리파이너리의 경우(Veríssimo et al.소환2021 ). 바이오리파이너리 개념을 해양 산업에 통합함으로써 천연 자원을 보존하고 해산물 부류의 생산을 제거하는 동시에 고용을 창출하고 수익을 증가시킬 수 있습니다. 어류 가공으로 인한 부류는 바이오리파이너리에 실행 가능한 재생 가능 바이오매스 공급원을 제공할 수 있습니다. 바이오리파이너리 방식에서는 산업 화학 물질, 바이오 연료, 동물 사료, 유기 비료, 영양분 등을 포함한 부가가치 제품이 어류 측류에서 생산됩니다. 프로세스의 일부 주요 측면은 낮은 비용과 사용 용이성이며, 이는 높은 생산량을 유지하면서 인건비, 에너지 사용량 및 자재 비용을 낮추어 달성됩니다(Venugopal소환2021 ). 고분자, 천연 고분자, 미네랄의 복잡한 매트릭스가 해산물 사이드 스트림을 구성합니다. 결과적으로, 이들 잔류물로부터 부산물을 추출하는 과정은 종종 여러 단계와 분리 과정을 거치게 된다. 새로운 대상 구성 요소가 제공하는 특성과 품질, 그리고 필요한 상용 제품의 순도 수준에 따라 추출 플랫폼의 디자인이 변경됩니다(Veríssimo et al.소환2021 ). 현대식 바이오리파이너리는 매우 비용 효율적으로 구축되었으며 안전한 산출물(Venugopal)을 생성하는 동시에 처리되지 않고 위험한 원료(예: 산업, 주거 및 농업 부류)를 처리할 수 있습니다.소환2021 ). 상당한 발전을 통해 블루오션 경제가 현실화되고 있습니다. 그러나 이러한 각 프로세스를 원활하고 효율적인 생산 시스템으로 결합해야만 전체 해양 생물정제소를 만들 수 있습니다(Veríssimo et al.소환2021 ). 원자재의 유형과 접근성에 따라 바이오정제 기술이 생성할 수 있는 연료의 양이 결정됩니다. 결과적으로, 이들 기술이 사이드 스트림 바이오정제라는 통합 개념 하에 결합될 수 있다면, 혼합되고 다양한 원료를 가공하여 부가가치가 있는 화학 제품과 함께 전력, 식품, 열, 사료 및 에너지와 같은 많은 재료를 생성할 수 있습니다(Nizami et al. 알.소환2017 ). 생물학적 처리 방법을 이용하면 사이드 스트림을 보다 효과적으로 처리할 수 있으며, 바이오 연료(수소, 메탄, 바이오에탄올), 바이오 소재, 플랫폼 화학 물질, 바이오 비료, 동물 사료, 바이오매스, 바이오 전기 등 다양한 제품을 생산할 수 있습니다.

귀중한 생체분자를 회수하기 위한 미생물 발효

화학 공정에 비해 안전성, 에너지 생산, 환경에 미치는 영향 및 운영 비용이 낮기 때문에 발효는 식품 가공, 제약 에너지 및 사이드 스트림 처리 산업의 관심을 얻었습니다. 이는 다양한 효소에 의해 촉진되는 미생물 활동을 통해 반응하는 모든 천연 물질의 과정으로 설명됩니다(Chai et al.소환2022년 ; W. Sun, 샤라자비안, 린소환2022 ). 발효의 사용은 pH 변화에 의한 가수분해와 관련하여 다양한 이점을 제공할 수 있으며 또한 다양한 측면 흐름에서 귀중한 제품을 생산하기 위해 수년 동안 사용되어 왔습니다(Marti-Quijal et al.소환2020년 ; 베누고팔과 사시다란소환2022 ). 발효는 인류가 고대부터 해왔던 생명공학적 과정이다. 오늘날 많은 화학물질은 산업 생산에서 중요한 역할을 하는 발효 기술을 사용하여 제조됩니다. 살아있는 미생물(균류, 균사체, 박테리아 또는 미세조류)이 이 과정에서 원료를 사용하여 고품질 제품(Venugopal)을 생산합니다.소환2021 ). 일반적으로 발효는 복잡한 유기 화합물을 산소 없이 포도당과 같은 단순한 화합물로 분해하는 효소 중심 과정입니다. 두 개의 ATP 분자를 생성하는 호기성 세포 호흡보다 발효 중에 더 적은 에너지가 생성됩니다. 유기체에 따라 발효는 다양한 다른 부산물을 생성할 수 있습니다. 발효 동안 박테리아, 곰팡이, 원생동물 및 동물 세포는 젖산, 젖산염, 이산화탄소(CO 2 ) 및 물을 생성합니다. 효모와 심지어 대부분의 식물 세포에서도 발효로 인해 에틸 알코올, CO 2 및 물이생성됩니다발효는 또한 최근 여러 측면 스트림(Venugopal 및 Sasidharan)에서 귀중한 제품을 생산하기 위해 활용되었습니다.소환2022 ). 발효 기술의 분류는 도식적으로 표시됩니다.그림 1. 발효 과정에는 종종 유기 물질인 내인성 전자 수용체를 사용하여 탄수화물과 같은 유기 물질을 산화시켜 에너지를 생성하는 과정이 포함됩니다. 종류는 일반형, 바이오매스형 또는 정밀형일 수 있습니다. 전통적인 발효는 수천년 동안 존재해 왔습니다. 바이오매스 발효는 영양소, 생체재료, 효소, 향료, 연료 및 의약품으로 활용될 수 있는 세포 덩어리를 생성하기 위해 1980년대부터 식품 사업에 사용되었습니다. 최근에는 배양육 구성물을 만들기 위한 대체 단백질의 공급원이 되었습니다(Venugopal소환2021 ). 미생물 형질전환 기술은 유망한 생명공학 물질을 분리하고 사용하는 효율적인 방법을 제공합니다(Dahiya et al.소환2018년 ; 베누고팔소환2021 ). 박테리아, 곰팡이 및 원생동물은 통성, 혐기성 또는 호기성 기능을 위해 활용되는 미생물의 예입니다. 혐기성, 회분식, 연속식 또는 유가식 미생물 발효 공정은 모두 고체, 침지 또는 액체 배지에서 가능합니다. 원하는 양에 도달할 때까지 연속 또는 펄스 배지 배양을 추가함으로써 유가식 장치는 유기산, 에탄올, 미생물 바이오매스, 효소, 항생제, 비타민 및 기타 화합물을 생산하는 데 자주 사용됩니다. 더 높은 생산성, 더 높은 환경 내 용존 산소 수준, 더 나은 생분해 속도 및 더 짧은 발효 시간은 전통적인 비연속 공정에 비해 유가식 공정의 이점입니다(Venugopal소환2021 ). 다른 생물학적 플랫폼과 비교하여 혐기성 발효는 생물학적 측면 흐름, 특히 식품 측면 흐름에서 바이오 연료 및 환경 화학 물질을 생성하는 데 많은 관심을 끌고 있습니다(Dahiya et al.소환2018 ). 유산균(LAB)의 발효는 발효수산물(Venugopal)을 만드는 일반적인 기술이다.소환2021 ). 일반적으로 안전하다고 인정되는 유기체를 이용한 미생물 발효는 여러 가지 상업적인 장점을 가지고 있습니다. 이제 EU의 이 새로운 계획에는 최소 400개의 제조업체가 포함됩니다(Nizami et al.소환2017 ). 긍정적인 소식은 Euromonitor(Venugopal 및 Sasidharan)에 따르면 최근 몇 년간 전 세계적으로 강화/기능성 식품의 판매가 극적으로 증가했다는 것입니다.소환2022 ). 2027년에는 어류 단백질 가수분해 시장이 크게 늘어날 것으로 예상된다. 발효는 최근 몇 년 동안 다양한 부류를 가치 있는 제품으로 전환하는 데 사용되었습니다(Venugopal 및 Sasidharan).소환2022 ). 식품 부산물에 대한 생물학적 정화는 화석 기반 정화를 어느 정도 보완할 수 있으며 바이오 연료, 제품 화학 물질 및 생물학적 물질을 포함한 다양한 바이오 기반 최종 제품을 생성하여 생물 경제, 자원 보안, 생태계 서비스 및 기후의 중요한 동인을 다룰 수 있습니다. 비료. 식품부류를 생물학적으로 처리함으로써 우리는 곧 환경에 미치는 영향을 최소화하면서 지속 가능한 경로를 달성하게 될 것입니다(Dahiya et al.소환2018 ).

그림 1. 다양한 발효의 메커니즘.

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생체분자를 회수하기 위한 젖산 발효

연구자들은 LAB가 동물 및 어류 가공 부문에서 생성된 측면 스트림의 측면 스트림 안정화 및 생체분자 회수에 어떻게 영향을 미치는지 조사했습니다(Coimbra소환2016년 ; Kumaret al.소환2018년 ; Marti-Quijalet al.소환2020년 ; Vázquezet al.소환2019 ). 젖산 발효는 사료나 중화제로 바로 사용할 수 있는 제품을 생산하는 생태학적으로 허용되는 공정이기 때문에 사이드 스트림의 경우 인기를 얻고 있습니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). 예를 들어, 해산물 측류 가공에서 생체분자를 추출하려면 발효를 제어해야 합니다. LAB 발효는 산 접근법보다 더 큰 영향을 미칩니다. 이 미생물은 디아세틸 과산화수소, 유기산, 박테리오신과 같은 수많은 화합물을 생산합니다. 부패미생물을 억제하고 식품의 맛과 식감을 개선하는데 상당한 효과가 있습니다. 상업용 LAB 균주는 식품 및 식용 산업이 발효의 혜택을 누리는 데 필수적입니다(Özyurt et al.소환2017 ). 유기체의 종류, 접종원의 양, 발효 초기 및 발효 중 pH 모두가 젖산 형성에 영향을 미칩니다. 설탕이 분해될 때 생성되는 젖산은 pH를 낮추어 박테리아의 발생을 감소시키고 산성 프로테아제의 활성을 촉진합니다. 이러한 효소는 해산물에서 발견되는 단백질에서 가장 잘 기능하며, 그 중 다수는 키틴, 카로티노이드 및 지질에 부착되어 있습니다(Venugopal소환2021 ). 도살장의 생선과 부산물은 LAB 발효를 사용하여 성공적으로 보존되었습니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). 허용 가능한 양의 발효 가능한 탄수화물의 추가, 발효 중 pH 감소 및 완제품 보관, 시작 배양물의 빠른 성장, 충분한 젖산 생성은 효과적인 젖산 발효를 위한 세 가지 주요 요구 사항입니다. 24~48시간 또는 특정 상황에서는 3.9시간 내에 생선이나 동물성 부산물, 탄수화물 및 시작 배양물의 혼합물이 발효되어 4.4~5.0 범위의 pH 수준을 생성할 수 있습니다. 도축부산물의 발효과정이 성공적으로 이루어지면 pH가 5.0 이하로 유지되어야 하며, 그 상태가 1년 미만이어야 한다. 유통기한을 연장하는 일반적인 방법인 생선 발효는 필요한 박테리아 대사산물을 생성합니다. 항산화 화학물질, 오일, 단백질 가수분해물의 생성은 모두 부산물 발효에 의해 개선됩니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). LAB은 오랫동안 발효 생선 제품을 만드는 데 사용되어 왔습니다. 키틴에 결합된 단백질, 지질, 카로티노이드에 작용하는 산성 프로테아제는 pH가 낮을 때 더 활성이 높습니다(Venugopal소환2021 ). 발효는 pH 변화를 유발하여 가수분해에 여러 가지 이점을 제공할 수 있습니다. 여러 가지 주요 장점 중 발효는 글루타티온과 관련된 항산화 펩타이드의 효능을 강화하여 산화 스트레스 손상을 예방합니다. 또한, 단백질을 가수분해하고 펩타이드와 더 짧은 아미노산으로 분해하는 발효는 동물 사료 단백질 공급원으로 사용될 때 더 나은 소화 가능한 단백질을 생산합니다. 이는 생선 영양 함량을 향상시키는 훌륭한 도구입니다. 개미산 처리와 비교하여 발효는 어류 측류 오일 품질을 향상시킵니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). 따라서 발효를 통해 효소, 세포 덩어리, 향료 및 식품 첨가물을 비롯한 다양한 부가가치 제품이 생산될 수 있습니다. LAB에 의한 발효는 또한 식용을 식용으로 바꾸고, 식품을 보존하고, 영양가를 높이고, 독성을 낮추며, 요리 시간과 에너지를 덜 필요로 하는 다양한 식품을 만들어냅니다(Venugopal소환2021 ). 이 기술은 유리하고 안전하며 환경에도 좋습니다. 이는 많은 에너지를 소비하지 않을 뿐만 아니라 광범위한 화합물을 얻을 수 있는 가능성을 제공합니다(Marti-Quijal et al.소환2020년 ; 베누고팔소환2021 ).

해산물 부산물로부터 얻은 생체분자의 다양한 응용

해산물 내장에서 발견되는 색소, 키틴, 지질 및 단백질은 회수되거나 다양한 바이오제품을 만들기 위한 저렴한 기질로 사용될 수 있습니다(Veríssimo et al.소환2021 ). 생선 부산물 발효로 인해 고품질의 단백질, 오일 및 항산화제가 생성됩니다. 발효산물은 수생생물(Venugopal)의 영양제로 활용될 수 있다.소환2021 ). 또한, 어류 측류에는 비료 제조에 적합한 질소, 인, 칼슘이 풍부한 화합물이 포함되어 있습니다. 이들 비료는 현재 시중에 판매되고 있으며 유기농법으로 승인되었습니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). 다양한 미생물의 도움으로 물고기 측 흐름을 액체 비료로 전환하는 것이 가능했습니다. 이 재료는 실온에서 최대 6개월 동안 부패 저항성을 나타냈습니다(Venugopal소환2021 ). 대부분의 경우, 재배 가능한 원료로 변환하기 위해 이러한 기질에 예비 전처리가 적용됩니다. 칼슘, 질소, 인산염이 풍부한 이 전처리된 고체 제품의 사용은 토마토 수확, 바이오제약 및 얼음 상추( Lactuca sativa L.) 작물에 도움이 되었습니다. 한편, 배양 실험에서는 일반적으로 다양한 생체분자를 생산하기 위해 영양이 풍부한 청색 액체 상청액을 출발 배지로 사용합니다. (Veríssimo 외.소환2021 ). 라시드, 정, 김(소환2018 ) Bacillus cereus를 사용하여 새우 껍질 분말을 발효하여 설탕, 항산화제 및 DNA 보호 화학 물질을 생성했습니다. 유가식 발효와 배치식 생물학적 분해를 비교할 때 더 높은 결과가 보고되었습니다(Rashid, Jung, Kim소환2018년 ; 베누고팔소환2021 ). STP 조건에서 1kg의 식품 측 흐름은 385g의 프로피온산, 916g의 부티르산 및 624.96g의 아세트산을 생성할 수 있습니다(Dahiya et al.소환2018년 ; Nizamiet al.소환2017 ). 생물학적 분자 외에도 수산물의 부산물에서도 에너지를 얻을 수 있습니다. STP의 식품부류의 발열량은 5350KJ/kg으로 바이오에너지 자원으로 사용될 가능성이 있음을 시사합니다. 1g의 포도당은 완전히 산화되어 16KJ의 에너지를 제공해야 합니다. 50%의 전환 효율에서 식품 측 흐름에서 나오는 1kg의 COD는 15.62mol의 메탄올(350L 메탄올)을 생성하며, 이는 13,882KJ의 에너지 생산과 3.85kWh의 전력 생산을 초래합니다(Dahiya et al.소환2018 ). 바이오경제의 성장과 환경적 지속가능성은 식품부수로 만든 에너지 집약적이고 경제적으로 실행 가능한 제품의 사용에 의해 크게 도움이 될 수 있습니다. 또한, 공동 생산을 통해 자원 회수를 극대화하기 위해 여러 가지 방법을 결합하면 환경에 대한 식품부류의 해로운 영향을 일정 수준까지 줄일 수 있습니다(Dahiya et al.소환2018 ).1 번 테이블발효 기술의 다른 가능한 용도를 요약합니다.

표 1. 잠재적인 적용을 위한 발효 기술.

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수산부류로부터 단백질 회수를 위한 발효기술 적용

생명에 필요한 6가지 필수 영양소 중에서 단백질은 중요한 생체 활성 분자입니다(Mao et al.소환2017 ). 살아있는 유기체는 성장하고 발달하기 위해 영양소, 단백질 및 생리 활성 펩타이드가 필요합니다(Ucak et al.소환2021년 ; Välimaaet al.소환2019 ). 단백질 수요를 공급하려면 지속 가능한 접근 방식이 필요합니다. 식품 생산 시스템의 생물 다양성 증진, 재생 방법을 통한 대체 단백질 생성, 사이드 스트림에서 건강에 좋고 지속 가능한 단백질 회수 등이 그 중 일부입니다. 단백질은 식품 사이드 스트림, 특히 해산물에서 발견될 수 있습니다(Ucak et al.소환2021 ). 어류 측류의 기본 단백질 함량은 가공 유형과 어류에 따라 8~35%로 다양합니다(Vicente et al.소환2022 ). 해산물 부산물에서 가수분해된 단백질과 뼈, 내장 기관, 콜라겐과 같은 성분을 포함한 생리 활성 펩타이드를 포함한 생물학적 활성 화합물이 분리될 수 있습니다(Mao et al.소환2017년 ; Ucaket al.소환2021 ).

발효는 지난 세기 동안 다양한 응용 분야에서 사용된 환경 친화적이고 경제적인 방법입니다. 발효는 단백질을 포함한 다양한 귀중한 화합물을 생성합니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). 발효 해산물 측류에서 추출한 단백질에는 필수 및 비필수 아미노산이 포함되어 있습니다(Mao et al.소환2017년 ; Ucaket al.소환2021 ). 이는 육류 및 계란 단백질과 비슷한 영양가를 가지고 있습니다(Ucak et al.소환2021 ). 해산물 측류에는 발효에 의해 회수될 수 있고 다양한 용도로 사용될 수 있는 다양한 단백질 화합물이 포함되어 있습니다. 근육 단백질의 가수분해는 식품 및 제약 분야에서 유익한 생리학적, 기술적 특성을 지닌 생리활성 펩타이드를 생성할 수 있습니다(Ucak et al.소환2021 ). 젤라틴은 필름, 에멀젼, 섬유, 폼, 하이드로겔 등과 같은 단백질 기반 복합 생체 재료에 응용됩니다. 뚜렷한 구조적 및 기능적 특성으로 인해 생선 콜라겐과 젤라틴은 치료, 생물 의학, 화장품 및 생명 공학 분야에 사용됩니다. 이들은 식품 유화제, 발포제, 안정제, 영양 마이크로 캡슐화로 사용될 수 있으며 저지방 식사의 감각적 특성을 향상시킵니다(Venugopal 및 Sasidharan).소환2022 ). 또한, 이러한 단백질은 포도당의 대사를 조절하고, 지질 프로필에 유리한 효과를 가지며, 혈압을 조절하는 등의 유익한 대사 효과를 제공합니다(Ucak et al.소환2021 ). 이러한 발전은 기존의 발효 대신 "바이오매스 발효"를 사용합니다. 백본 발효는 연구되어 시장에 출시되고 있는 새로운 대체 단백질입니다. 미생물에 따라 발효는 가수분해 효소(프로테아제, 리파제, 키티나제)와 기타 효소를 생산할 수 있습니다. 어류 측류를 탄소-질소 공급원으로 사용하는 미생물 발효는 수산 측류(Venugopal 및 Sasidharan)에서 다양한 정도의 유용 물질을 추출하는 경제적이고 안전하며 환경 친화적인 방법입니다.소환2022 ). 생체분자 회수에는 비병원성 박테리아 효소의 사용이 필요합니다(Rai et al.소환2011 ). 이들 미생물은 특정 원료 성분을 분해하여 가수분해물을 생성하는 가수분해 효소를 방출합니다(그림 2) (Gao et al.소환2021 ). 다른 소스에서 파생된 프로테아제와는 달리, 다양한 미생물에 의해 생성된 미생물 프로테아제는 여러 가지 이점을 제공합니다. 여기에는 저렴한 생산 비용, 대량 생산 가능성, 더 빠른 효소 분리 시간, 효소 효율성을 높이는 유전 공학에 반응하는 유기체의 능력이 포함됩니다. Bacillus spp., Bifidobacterium spp. 및 젖산균이 가장 흔히 사용되는 미생물 프로테아제입니다(Godinho et al.소환2016 ). 프로테아제는 식품 측 흐름을 탈염하고 단백질을 제거합니다(Ucak et al.소환2021 ). 발효에는 자연적으로 발생하거나 단백질과 당을 가수분해하기 위해 첨가된 미생물이 필요합니다. 가수분해된 단백질의 생산에 영향을 미치는 두 가지 성장 매개변수는 접종 환경과 배지의 펩타이드 함량입니다. 세포외 미생물 프로테아제는 분자량과 아미노산 서열이 다른 광범위한 펩타이드를 가수분해합니다. 이러한 생리활성 펩타이드는 매혹적인 특징을 가지고 있습니다(Godinho et al.소환2016 ). 전체적으로 해산물 부산물에서 생성된 펩타이드는 항균 활성, 항산화 활성, 항증식 효과, 항고혈압 활성, 항응고 작용, 칼슘 흡수, 뼈 무기질화 등과 같은 생물학적 특성을 갖는 경우가 많습니다(Ucak et al.소환2021 ). 여러 저자의 최근 연구는 단백질 분해를 통해 생리활성 펩타이드를 제조하기 위해 미생물을 활용하는 데 중점을 두었습니다(Godinho et al.소환2016 ). A26을 사용하여 어육에서 생산된 단백질 가수분해물은 Jemil et al. (소환2014 ) 기능성, 항균 및 항산화 특성에 대해 연구했습니다. 다양한 어육을 활용한 발효로 생성된 가수분해 단백질의 유익한 용해도, 유화 안정성 및 거품 형성 능력을 입증했습니다. Bacillus subtilis A26 의 단백질 분해 효소는항산화 및 항균 활성을 갖는 어류 단백질의 생물정제 과정에서 펩타이드를 생성했습니다(Jemil et al.소환2014 ). 또 다른 연구에서는 민물고기 머리측 하천에서 분리한 유산균을 이용하여 Bacillus subtilis를 발효시켜 지질과 단백질을 동시에 회수한 결과가(소환2014 ). 연구 결과에 따르면 발효는 지방산이나 지질 프로필에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났습니다. 항박테리아 및 항산화제인 어두 단백질은 식품 조성물에서 기능성 첨가제로 사용될 수 있다. 따라서 인간의 건강을 증진하거나 식품의 유통기한을 연장할 수 있습니다. 발효된 가수분해 단백질은 다양한 박테리아 종에 대해 항균 특성을 나타냈습니다. 제약 사업, 영양 보충제, 식품 보존 분야에서 그 용도를 볼 수 있습니다(Ruthu et al.소환2014 ). Fang et al.에 따르면 Aspergillus oryzae를 이용한 생선 수프 발효로 만든 가수분해물(소환2017 ), 또한 강력한 항산화 활성을 나타냅니다. 이는 식품 및 의약 분야에서 광범위하게 응용할 수 있는 저렴한 항산화제 공급원일 수 있습니다. 이러한 응용에는 식품 보존 및 건강 증진을 위한 응용이 포함됩니다(Fang et al.소환2017 ). 마지막으로, 발효 바이오프로세스는 어류 측류를 가치 있는 기능성 소재로 변환하면서 환경 영향을 최소화함으로써 청정 생산에 기여합니다.표 2해산물 부산물의 가치를 높이기 위한 발효의 다양한 적용을 보여줍니다. 따라서 발효는 많은 옵션을 제안하고 다양한 이점을 얻기 위해 사용될 수 있는 방법임이 확실해 보입니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ).

그림 2. 해산물 측면 하천에서 귀중한 물질 회수.

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표 2. 해산물 측류에서 단백질을 회수하기 위한 발효 기술

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수산부류로부터 지질회수를 위한 발효기술 적용

발효는 지질 폐기물의 가치를 변화시키고 향상시키는 데 적합한 수단으로 간주될 수 있습니다. 발효 과정의 결과, 폐기물의 종류에 따라 가수분해된 단백질이 풍부한 분획과 오일, 키틴 또는 콜라겐이 생성됩니다. 수산업 폐기물 지질 기반 화합물의 단백질 외에 어유, 다중 불포화 지방산(PUFA), 인지질 및 콜레스테롤이 포함됩니다. 에이코사펜타엔산(EPA) 및 도코사헥사엔산(DHA)과 같은 지방산은 생선 가공 과정에서 부산물/폐기되는 영양학적으로 가치 있는 성분의 공급원으로 잘 알려져 있습니다. PUFA는 고혈압, 심혈관 질환 위험, 염증성 질환 및 자가면역 질환을 감소시키는 이점을 가지고 있습니다. (킴과 멘디스소환2006 ). 최근 몇 년간 어유의 경제적 가치는 주로 수요와 공급의 불규칙성과 관련된 문제로 인해 감소했습니다. 예측에 따르면 이러한 추세는 가까운 미래에도 지속될 가능성이 높습니다(Turchini, Torstensen 및 Ng).소환2009 ). 수요 증가로 인한 문제를 해결하기 위해 어유에 대한 실행 가능한 대안을 신속하게 채택하고 식별하는 것이 점점 더 중요해지고 있습니다. 결과적으로, 어유의 보충 공급원을 탐색하는 데 중점을 두고 있습니다. 수산업에서 수산업 측면 스트림에서 회수된 지질은 어유에 대한 탁월한 대체품으로 사용될 수 있을 뿐만 아니라 어유 수요를 어느 정도 충족시킬 수 있습니다. 이러한 맥락에서 발효와 같은 생물학적 방법이 중요해지고 있습니다. 발효는 음식물 쓰레기 내 미생물의 성장이 식품 매트릭스에서 성분을 안전하고 효과적으로 방출하는 생물전환을 가능하게 하는 것으로 간주됩니다(SF Bruno et al.소환2019년 ; Dessieet al.소환2020년 ; Shavandiet al.소환2019 ). 젖산균(LAB) 의존적 생물전환은 먹을 수 없는 생선을 식용으로 만들고, 독성을 줄이며, 조리 시간과 영양분을 보존하고 줄이는 장점이 있습니다. LAB 발효는 설탕을 젖산으로 분해하여 pH가 낮아져 결과적으로 pH가 3.5로 낮아집니다. 리파제는 에스테르 복합체 생성을 촉매할 수도 있는 트리아실글리세롤 가수분해효소로 작용합니다. 생선 내장은 19~21가지 지질의 좋은 공급원입니다. 발효를 통해 최대 85%의 지질을 회수할 수 있습니다(Rai et al.소환2010 ).

수산업 폐기물에서 지질 함량은 4~43.8%인 것으로 보고되었습니다. 이들 지질은 산화되기 쉬운 고도불포화지방산(PUFA)의 상당한 공급원입니다. 생선 내장 폐기물과 과산화물 값은 생선 내장 폐기물이 자가분해되는 동안 발효 3~4일까지 증가하는 것으로 나타났습니다. 어유 회수 기존 방법에는 가열 등의 물리적 처리와 원심분리에 의한 오일 분리가 포함됩니다. 생선 내장 폐기물에서 기름을 제거하기 위해 용매를 사용할 수 있지만 이는 비용 효과적인 접근 방식이 아닙니다. 생선 내장 측류에서 기름을 회수하는 방법은 젖산 발효를 사용하여 연구할 수 있습니다(Rai et al.소환2011 ). 발효 중 회수된 오일의 품질은 젖산 발효(LAF)가 품질에 미치는 영향을 줄이면서 오일을 회수하는 더 나은 방법으로 간주된다는 것을 보여줍니다. 발효를 통해 회수된 오일의 지방산 조성은 용매 추출을 통해 얻은 것과 구별할 수 없습니다. 지방산 조성의 측면에서 보면 포화지방산과 불포화지방산이 고르게 분포되어 있습니다(Rai et al.소환2011 ). 생선 가공 부류의 경우 회수된 기름은 불포화지방산이 풍부한 생선기름의 유능한 대체 공급원이 될 수 있습니다.

고기에 비해 민물고기와 바다고기의 내장과 머리에서 추출한 지질의 함량이 더 높습니다(Rai et al.소환2011년 ; Swapnaet al.소환2010 ). 생선 기름의 유망한 대체품은 생선 유래 지질에서 추출한 지방산 구성에 있습니다. 이러한 지질은 카로티노이드와 함께 다양한 생체 기능성을 제공합니다. 호기성, 혐기성 또는 조건성 박테리아, 곰팡이, 균사체 또는 미세조류를 비롯한 미생물은 발효 과정에서 중요한 역할을 합니다. 이들은 모두 리파제, 키티나제 및 프로테아제를 포함하는 가수분해 효소의 생산을 가능하게 합니다. 이는 폐기물의 탈염 및 단백질 제거를 돕는 전통적인 단백질 분해 처리 중 알칼리 대체에 관여하는 미생물에 달려 있습니다. 유산균은 생물전환을 돕고, 영양강화에 도움을 주어 먹을 수 없는 음식을 먹을 수 있게 만들고, 보존하며, 조리시간을 줄이고 독성을 줄입니다. LAB 발효는 설탕을 젖산으로 분해하는 데 도움이 되어 PH가 3.5로 낮아집니다. 낮은 PH는 폐기물 내 탄수화물, 지질, 카로티노이드 및 미네랄에 결합된 단백질을 방출하는 산성 프로테아제와 같은 효소의 최적 활성을 돕습니다. 산은 젖산칼슘을 형성하는 주요 미네랄 성분인 탄산칼슘과 반응하여 오염 미생물의 성장을 제어하고 세포의 탈염을 초래합니다. 미생물 발효는 최소한의 유기 용매 요구 사항으로 단순성, 신속성, 쉬운 취급 및 제어 가능성으로 인해 선호됩니다. 안전성, 낮은 에너지 소비 및 환경 친화성을 제공합니다. 더 깨끗하고 친환경적이며 경제적인 공정인 키틴 바이오 추출은 발효의 이점을 활용하여 단백질 가수분해물, 키틴 및 오일의 품질을 향상시키는 동시에 항산화제를 생성합니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). 젖산발효(LAF)는 2000년대부터 키틴 생산에 사용되었으며, 어류 내장 발효는 함량의 19~21%를 구성하는 지질을 회수할 수 있습니다(Rai et al.소환2010 ).표 3해산물 측류에서 지질을 회수하기 위해 채택된 주요 발효 기술을 묘사합니다.

표 3. 해산물 측류에서 지질을 회수하기 위한 발효 기술

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발효법을 이용한 수산부류로부터 생리활성 펩타이드 추출

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해산물 가공 부산물의 종합적 가치화를 위한 발효 기술 구현: 귀중한 영양소 회수 및 활용도 향상에 대한 비판적 검토

샤히다 아누샤 시디퀴

,

단야 락슈미칸트

,

치란지브 프라단

,

자라 파라지네자드

,

로베르토 카스트로-무뇨스

&

아힐라시 사시다란

온라인 게시: 2023년 12월 14일

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• https://doi.org/10.1080/10408398.2023.2286623
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• 발효법을 이용한 수산부류로부터 생리활성 펩타이드 추출
• 동물 영양에 있어서 발효 해산물 부류의 응용 가능성
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발효 기술은 다양한 측면 흐름에서 귀중한 영양소를 회수하기 위해 다양한 산업 공정에서 사용되는 생물정제 도구입니다. 이 기술의 유망한 응용 분야 중 하나는 해산물 측천에서 영양 성분을 재생하는 것입니다. 해산물 가공은 머리, 껍질 및 기타 측면 흐름을 포함하여 상당한 양의 폐기물을 생성합니다. 이러한 사이드 스트림에는 발효 기술을 사용하여 추출할 수 있는 귀중한 영양 성분이 다량 함유되어 있습니다. 발효 기술은 미생물을 활용하여 사이드 스트림을 바이오 연료, 효소 및 동물 사료와 같은 가치 있는 제품으로 변환합니다. 키틴, 키토산과 같은 천연 고분자는 식품, 의약, 농업 산업에서 다양한 용도로 사용됩니다. 또 다른 예는 해산물 측천에서 나오는 생선 단백질 가수분해물(FPH)입니다. FPH는 동물 영양 및 기능식품 산업에 사용될 수 있는 단백질이 풍부한 분말입니다. 생성된 가수분해물을 추가로 여과하고 건조하여 FPH 분말을 생성합니다. 발효 기술은 해산물 측천에서 귀중한 영양소를 회수하는 데 큰 가능성을 가지고 있습니다. 이 프로세스는 폐기물을 줄이고 폐기물로 간주되는 것에서 새로운 부가가치 제품을 생성하는 데 도움이 될 수 있습니다. 추가 연구 및 개발을 통해 발효 기술은 바이오정제 산업의 핵심 도구가 될 수 있습니다.

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2050년까지 90억 명 이상에 이를 것으로 예상되는 세계 인구의 빠른 증가로 인해 식량 수요가 크게 증가할 것입니다(Karimi et al.소환2021 ). 반대로, 개인이 더 풍요로워지면 프리미엄 식품 및 기타 제품에 대한 수요가 증가합니다. 그럼에도 불구하고, 특히 포획되는 식량 자원은 제한될 것입니다(Välimaa et al.소환2019 ). 매우 다양한 수생태는 전 세계 식량의 약 20%를 제공합니다(Sharma et al.소환2020 ). 또한, 거의 연구되지 않았지만 식품, 의약품 및 화장품에 높은 부가가치를 가질 수 있는 영양소와 생리 활성 화합물을 함유한 수백만 종을 포함하고 있습니다(Ucak et al.소환2021 ). 2030년까지 인간의 생계를 위해 1억 8,300만 톤의 해산물이 필요할 것으로 예상됩니다(Sharma et al.소환2020 ). 해산물 산업에서는 머리, 내장, 비늘, 뼈 등 상당한 양의 가공 폐기물이 발생하는데, 이는 원자재 중량의 약 40~60%를 차지합니다(Singh et al.소환2022 ). 결과적으로 해산물은 일반적으로 사용 가능한 질량이 적고 더 많은 측면 스트림을 생성합니다(Sharma et al.소환2020 ). 이러한 제품의 적절한 폐기는 양식 및 어업 부문에 부정적인 영향을 미치는 심각한 환경 위험을 초래할 수 있기 때문에 여전히 중요한 문제입니다(Marti-Quijal et al.소환2020년 ; Ucaket al.소환2021 ). 연구에 따르면 해산물 가공 시 부산물과 폐기 물에는 생물학적, 영양학적으로 중요한 다양한 단백질 성분과 다량의 폴리불포화지방산(PUFA), 미네랄, 젤라틴, 콜라겐 및 카로티노이드가 함유된 지질이 풍부합니다(Singh et al. 알.소환2022년 ; Ucaket al.소환2021년 ; Välimaaet al.소환2019 ). 오염을 방지하고 어업 및 양식 산업을 개선하기 위해 이러한 부류에 두 번째 기회가 주어져야 하며, 많은 필수 영양 및 기능 성분을 공급해야 합니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). 생리 활성 및 건강 증진 성분이 존재하면 화장품과 같은 식품 이외의 기술 외에도 건강 식품, 영양소 및 특수 사료에 대한 응용 개발이 가능합니다(Singh et al.소환2022년 ; Välimaaet al.소환2019 ). 소비자들은 건강을 의식하는 라이프스타일을 채택하고 있으며 이는 이러한 추세를 뒷받침합니다. 환경 문제에 대한 소비자의 인식이 높아짐에 따라 부산물에서 파생된 신제품에 대한 긍정적인 이미지를 만드는 것도 가능합니다(Välimaa et al.소환2019 ). 또한, 유럽연합(EU) 위원회는 순환경제를 사회적 목표이자 혁신적인 발전 모델로 장려하는 그린딜(Green Deal)을 2020년에 제안했습니다(Donzella et al.소환2022년 ; Leong et al.소환2021 ). 지속 가능한 제품 디자인, 소비자 권한 부여 및 생산 프로세스의 순환이 모두 이 중앙 문서에서 논의됩니다. 또 다른 아이디어는 2차 원자재 산업을 발전시키는 것이다. 이는 종종 쓰레기로 버려지지만 대신 원료로 재사용될 수 있는 부류입니다. 공급망에 대한 대안을 식별하는 것은 부류와 환경 문제를 줄이는 두 가지 목표를 가지고 있습니다(Allegretti et al.소환2022 ). 결과적으로 기능성 식품, 영양제, 의약품, 화장품 등을 저렴한 비용으로 개발할 수 있다. 또한 부류와 가치가 낮은 해산물을 효율적이고 합리적으로 사용하면 지속 가능하고 환경 친화적인 생산을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다(González-Camejo et al.소환2023년 ; Ucaket al.소환2021 ). 현재의 경제 역학에서는 부류로부터 자원 회수를 극대화하기 위해 보다 지속 가능하고 재생 가능한 기술이 필요합니다. 최근 몇 년 동안 영양 품질과 미생물 안전성을 개선하는 동시에 공정 강도를 줄이고, 에너지 사용량을 줄이며, 사이드 스트림 부하를 줄이고, 공정 생산성과 생산을 향상시켜 식품의 물리화학적 특성을 추가로 높이기 위한 여러 가지 새로운 가공 기술이 개발되었습니다. 이러한 장점은 부인할 수 없지만 경우에 따라 혁신적인 기술을 사용하는 데 드는 비용과 이에 대한 의존도가 장애물이 됩니다. 이러한 상황에서 미생물 발효나 효소 가수분해가 생물전환 과정으로 자주 사용됩니다(Singh et al.소환2022 ). 녹색 기술은 사용 편의성과 환경 안전성으로 인해 향후 식품 첨가물에서 자원을 추출하는 전통적인 기술을 대체할 것으로 예상됩니다(Venugopal 및 Sasidharan).소환2022 ). 최근 몇 년 동안 미생물과 효소를 사용하여 해산물에서 생리 활성 물질을 회수하는 녹색 추출 공정을 만들고 개선하는 "녹색 화학"이 인기를 끌었습니다(Singh et al.소환2022 ). 녹색 화학을 기반으로 한 바이오정제는 추출된 화학물질의 고유 품질을 손상시키지 않기 때문에 안전하고 효과적이며 생태학적으로 책임이 있습니다(Venugopal 및 Sasidharan).소환2022 ). 해산물 산업의 부산물은 생물정제를 통해 가치를 평가하여 생물재료 및 에너지원으로서의 가치를 높일 수 있습니다(Singh et al.소환2022 ). 녹색 기술은 효율성, 에너지 효율성 및 비용 효율성을 고려하여 확립된 평가를 통해 생리활성 화합물 회수에 대한 유망한 성능을 보여줄 수 있습니다(Venugopal 및 Sasidharan).소환2022 ). 고온에서 강산과 알칼리를 사용하는 화학적 추출이 널리 사용됩니다. 이러한 조건은 더 많은 에너지를 필요로 하며, 시간이 많이 걸리고, 처리 비용이 더 높으며, (산과 알칼리를 중화하고 세척하기 위해) 많은 양의 물이 필요하고, 얻어지는 물질의 특성(물리적, 화학적)이 더 나쁘다는 단점과 관련이 있습니다. 제품. 최근 해산물 가공 산업의 발전으로 인해 귀중한 성분을 회수하는 데 적용될 수 있는 생체 촉매 및 발효와 같은 생명공학 공정이 도입되었습니다(Singh et al.소환2022년 ; 베누고팔과 사시다란소환2022 ). 발효는 전통적인 화학 공정에 비해 환경에 미치는 영향이 적고 운영 비용도 저렴하기 때문에 식품, 에너지, 제약, 사이드 스트림 처리 산업 모두에서 발효에 주목하고 있습니다(Chai et al.소환2022 ). 따라서 생물학적 처리 시설을 통합하고 혁신 기반 활용 방법을 구현하면 바이오 경제를 창출하여 자원 회수를 극대화할 수 있습니다(Singh et al.소환2022 ). 녹색 화학을 해양 관련 산업에 통합하면 보다 수익성 있고 지속 가능하며 의식 있는 해양 경제로 이어질 수 있습니다(Venugopal 및 Sasidharan소환2022 ). 본 연구에서는 단백질, 지질, 생리활성 펩타이드와 관련된 고부가가치 자원을 회수하기 위한 바이오정제에 사용되는 발효 공정의 중요성과 해산물 부산물을 변환하는 데 사용되는 다양한 발효 전략을 조사합니다.

자원회수 도구로서의 발효의 중요성

예방 조치를 통해 생산부터 활용까지 모든 단계에서 먹을 수 없는 식품 부류의 생산을 줄일 수 있습니다. 이 시나리오에는 적절한 부류 관리 정책이 시급히 필요합니다(Dahiya et al.소환2018 ). 물리적, 화학적, 생물학적 공정은 종종 사이드 스트림 처리 기술에서 단독으로 또는 조합하여 사용됩니다. 물리적 및 화학적 과정은 종종 발효나 효소 가수분해와 같은 생물학적 과정보다 더 가혹하고 덜 생태학적입니다(Rai et al.소환2011년 시디퀴 외.,소환2023 ). 폐기된 물질과 해산물 부류의 가치를 평가하는 기존 방법은 물리적, 화학적 방법에 따라 달라집니다. 이러한 프로세스에는 항상 다양한 제한이 있으며 이러한 단점으로 인해 바이오리파이너리(Venugopal 및 Sasidharan)와 같은 친환경 대안에 대한 관심이 높아졌습니다.소환2022 ).

해산물 부산물의 가치 평가에서 바이오리파이너리의 역할

생명공학은 부가가치가 높은 제품을 생산하고, 제품 품질을 보장하며, 자원 회수를 위해 부수적 흐름을 제거하는 새로운 기술을 개발할 것을 약속합니다. 이러한 방법은 부류 물질 및 수산물(Venugopal)로부터 산업용 생체분자를 재활용하는 새로운 녹색 기술로 인해 가능해졌습니다.소환2021 ). 친환경 프로세스를 이용한 복구가 가능합니다. 그 원천 중에는 미생물 발효, 효소 반응, 메탄 생성, 광합성 및 오일 처리가 있습니다. (Venugopal과 Sasidharan소환2022 ). 생물학적 절차는 저렴하고 안전하며 분리된 구성 요소의 특성에 해로운 영향을 거의 또는 전혀 미칠 수 없습니다. 결과적으로 이러한 절차는 부류와 폐수를 유용한 제품으로 농축하는 유연하고 저렴한 방법을 제공합니다(Venugopal소환2021 ). 특히, 해산물 잔류물과 관련된 물질의 회수를 통해 수산 자원의 사용을 늘리고 해양 가치를 향상시키는 활동을 생산하고 다루는 바이오리파이너리의 경우(Veríssimo et al.소환2021 ). 바이오리파이너리 개념을 해양 산업에 통합함으로써 천연 자원을 보존하고 해산물 부류의 생산을 제거하는 동시에 고용을 창출하고 수익을 증가시킬 수 있습니다. 어류 가공으로 인한 부류는 바이오리파이너리에 실행 가능한 재생 가능 바이오매스 공급원을 제공할 수 있습니다. 바이오리파이너리 방식에서는 산업 화학 물질, 바이오 연료, 동물 사료, 유기 비료, 영양분 등을 포함한 부가가치 제품이 어류 측류에서 생산됩니다. 프로세스의 일부 주요 측면은 낮은 비용과 사용 용이성이며, 이는 높은 생산량을 유지하면서 인건비, 에너지 사용량 및 자재 비용을 낮추어 달성됩니다(Venugopal소환2021 ). 고분자, 천연 고분자, 미네랄의 복잡한 매트릭스가 해산물 사이드 스트림을 구성합니다. 결과적으로, 이들 잔류물로부터 부산물을 추출하는 과정은 종종 여러 단계와 분리 과정을 거치게 된다. 새로운 대상 구성 요소가 제공하는 특성과 품질, 그리고 필요한 상용 제품의 순도 수준에 따라 추출 플랫폼의 디자인이 변경됩니다(Veríssimo et al.소환2021 ). 현대식 바이오리파이너리는 매우 비용 효율적으로 구축되었으며 안전한 산출물(Venugopal)을 생성하는 동시에 처리되지 않고 위험한 원료(예: 산업, 주거 및 농업 부류)를 처리할 수 있습니다.소환2021 ). 상당한 발전을 통해 블루오션 경제가 현실화되고 있습니다. 그러나 이러한 각 프로세스를 원활하고 효율적인 생산 시스템으로 결합해야만 전체 해양 생물정제소를 만들 수 있습니다(Veríssimo et al.소환2021 ). 원자재의 유형과 접근성에 따라 바이오정제 기술이 생성할 수 있는 연료의 양이 결정됩니다. 결과적으로, 이들 기술이 사이드 스트림 바이오정제라는 통합 개념 하에 결합될 수 있다면, 혼합되고 다양한 원료를 가공하여 부가가치가 있는 화학 제품과 함께 전력, 식품, 열, 사료 및 에너지와 같은 많은 재료를 생성할 수 있습니다(Nizami et al. 알.소환2017 ). 생물학적 처리 방법을 이용하면 사이드 스트림을 보다 효과적으로 처리할 수 있으며, 바이오 연료(수소, 메탄, 바이오에탄올), 바이오 소재, 플랫폼 화학 물질, 바이오 비료, 동물 사료, 바이오매스, 바이오 전기 등 다양한 제품을 생산할 수 있습니다.

귀중한 생체분자를 회수하기 위한 미생물 발효

화학 공정에 비해 안전성, 에너지 생산, 환경에 미치는 영향 및 운영 비용이 낮기 때문에 발효는 식품 가공, 제약 에너지 및 사이드 스트림 처리 산업의 관심을 얻었습니다. 이는 다양한 효소에 의해 촉진되는 미생물 활동을 통해 반응하는 모든 천연 물질의 과정으로 설명됩니다(Chai et al.소환2022년 ; W. Sun, 샤라자비안, 린소환2022 ). 발효의 사용은 pH 변화에 의한 가수분해와 관련하여 다양한 이점을 제공할 수 있으며 또한 다양한 측면 흐름에서 귀중한 제품을 생산하기 위해 수년 동안 사용되어 왔습니다(Marti-Quijal et al.소환2020년 ; 베누고팔과 사시다란소환2022 ). 발효는 인류가 고대부터 해왔던 생명공학적 과정이다. 오늘날 많은 화학물질은 산업 생산에서 중요한 역할을 하는 발효 기술을 사용하여 제조됩니다. 살아있는 미생물(균류, 균사체, 박테리아 또는 미세조류)이 이 과정에서 원료를 사용하여 고품질 제품(Venugopal)을 생산합니다.소환2021 ). 일반적으로 발효는 복잡한 유기 화합물을 산소 없이 포도당과 같은 단순한 화합물로 분해하는 효소 중심 과정입니다. 두 개의 ATP 분자를 생성하는 호기성 세포 호흡보다 발효 중에 더 적은 에너지가 생성됩니다. 유기체에 따라 발효는 다양한 다른 부산물을 생성할 수 있습니다. 발효 동안 박테리아, 곰팡이, 원생동물 및 동물 세포는 젖산, 젖산염, 이산화탄소(CO 2 ) 및 물을 생성합니다. 효모와 심지어 대부분의 식물 세포에서도 발효로 인해 에틸 알코올, CO 2 및 물이생성됩니다발효는 또한 최근 여러 측면 스트림(Venugopal 및 Sasidharan)에서 귀중한 제품을 생산하기 위해 활용되었습니다.소환2022 ). 발효 기술의 분류는 도식적으로 표시됩니다.그림 1. 발효 과정에는 종종 유기 물질인 내인성 전자 수용체를 사용하여 탄수화물과 같은 유기 물질을 산화시켜 에너지를 생성하는 과정이 포함됩니다. 종류는 일반형, 바이오매스형 또는 정밀형일 수 있습니다. 전통적인 발효는 수천년 동안 존재해 왔습니다. 바이오매스 발효는 영양소, 생체재료, 효소, 향료, 연료 및 의약품으로 활용될 수 있는 세포 덩어리를 생성하기 위해 1980년대부터 식품 사업에 사용되었습니다. 최근에는 배양육 구성물을 만들기 위한 대체 단백질의 공급원이 되었습니다(Venugopal소환2021 ). 미생물 형질전환 기술은 유망한 생명공학 물질을 분리하고 사용하는 효율적인 방법을 제공합니다(Dahiya et al.소환2018년 ; 베누고팔소환2021 ). 박테리아, 곰팡이 및 원생동물은 통성, 혐기성 또는 호기성 기능을 위해 활용되는 미생물의 예입니다. 혐기성, 회분식, 연속식 또는 유가식 미생물 발효 공정은 모두 고체, 침지 또는 액체 배지에서 가능합니다. 원하는 양에 도달할 때까지 연속 또는 펄스 배지 배양을 추가함으로써 유가식 장치는 유기산, 에탄올, 미생물 바이오매스, 효소, 항생제, 비타민 및 기타 화합물을 생산하는 데 자주 사용됩니다. 더 높은 생산성, 더 높은 환경 내 용존 산소 수준, 더 나은 생분해 속도 및 더 짧은 발효 시간은 전통적인 비연속 공정에 비해 유가식 공정의 이점입니다(Venugopal소환2021 ). 다른 생물학적 플랫폼과 비교하여 혐기성 발효는 생물학적 측면 흐름, 특히 식품 측면 흐름에서 바이오 연료 및 환경 화학 물질을 생성하는 데 많은 관심을 끌고 있습니다(Dahiya et al.소환2018 ). 유산균(LAB)의 발효는 발효수산물(Venugopal)을 만드는 일반적인 기술이다.소환2021 ). 일반적으로 안전하다고 인정되는 유기체를 이용한 미생물 발효는 여러 가지 상업적인 장점을 가지고 있습니다. 이제 EU의 이 새로운 계획에는 최소 400개의 제조업체가 포함됩니다(Nizami et al.소환2017 ). 긍정적인 소식은 Euromonitor(Venugopal 및 Sasidharan)에 따르면 최근 몇 년간 전 세계적으로 강화/기능성 식품의 판매가 극적으로 증가했다는 것입니다.소환2022 ). 2027년에는 어류 단백질 가수분해 시장이 크게 늘어날 것으로 예상된다. 발효는 최근 몇 년 동안 다양한 부류를 가치 있는 제품으로 전환하는 데 사용되었습니다(Venugopal 및 Sasidharan).소환2022 ). 식품 부산물에 대한 생물학적 정화는 화석 기반 정화를 어느 정도 보완할 수 있으며 바이오 연료, 제품 화학 물질 및 생물학적 물질을 포함한 다양한 바이오 기반 최종 제품을 생성하여 생물 경제, 자원 보안, 생태계 서비스 및 기후의 중요한 동인을 다룰 수 있습니다. 비료. 식품부류를 생물학적으로 처리함으로써 우리는 곧 환경에 미치는 영향을 최소화하면서 지속 가능한 경로를 달성하게 될 것입니다(Dahiya et al.소환2018 ).

그림 1. 다양한 발효의 메커니즘.

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생체분자를 회수하기 위한 젖산 발효

연구자들은 LAB가 동물 및 어류 가공 부문에서 생성된 측면 스트림의 측면 스트림 안정화 및 생체분자 회수에 어떻게 영향을 미치는지 조사했습니다(Coimbra소환2016년 ; Kumaret al.소환2018년 ; Marti-Quijalet al.소환2020년 ; Vázquezet al.소환2019 ). 젖산 발효는 사료나 중화제로 바로 사용할 수 있는 제품을 생산하는 생태학적으로 허용되는 공정이기 때문에 사이드 스트림의 경우 인기를 얻고 있습니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). 예를 들어, 해산물 측류 가공에서 생체분자를 추출하려면 발효를 제어해야 합니다. LAB 발효는 산 접근법보다 더 큰 영향을 미칩니다. 이 미생물은 디아세틸 과산화수소, 유기산, 박테리오신과 같은 수많은 화합물을 생산합니다. 부패미생물을 억제하고 식품의 맛과 식감을 개선하는데 상당한 효과가 있습니다. 상업용 LAB 균주는 식품 및 식용 산업이 발효의 혜택을 누리는 데 필수적입니다(Özyurt et al.소환2017 ). 유기체의 종류, 접종원의 양, 발효 초기 및 발효 중 pH 모두가 젖산 형성에 영향을 미칩니다. 설탕이 분해될 때 생성되는 젖산은 pH를 낮추어 박테리아의 발생을 감소시키고 산성 프로테아제의 활성을 촉진합니다. 이러한 효소는 해산물에서 발견되는 단백질에서 가장 잘 기능하며, 그 중 다수는 키틴, 카로티노이드 및 지질에 부착되어 있습니다(Venugopal소환2021 ). 도살장의 생선과 부산물은 LAB 발효를 사용하여 성공적으로 보존되었습니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). 허용 가능한 양의 발효 가능한 탄수화물의 추가, 발효 중 pH 감소 및 완제품 보관, 시작 배양물의 빠른 성장, 충분한 젖산 생성은 효과적인 젖산 발효를 위한 세 가지 주요 요구 사항입니다. 24~48시간 또는 특정 상황에서는 3.9시간 내에 생선이나 동물성 부산물, 탄수화물 및 시작 배양물의 혼합물이 발효되어 4.4~5.0 범위의 pH 수준을 생성할 수 있습니다. 도축부산물의 발효과정이 성공적으로 이루어지면 pH가 5.0 이하로 유지되어야 하며, 그 상태가 1년 미만이어야 한다. 유통기한을 연장하는 일반적인 방법인 생선 발효는 필요한 박테리아 대사산물을 생성합니다. 항산화 화학물질, 오일, 단백질 가수분해물의 생성은 모두 부산물 발효에 의해 개선됩니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). LAB은 오랫동안 발효 생선 제품을 만드는 데 사용되어 왔습니다. 키틴에 결합된 단백질, 지질, 카로티노이드에 작용하는 산성 프로테아제는 pH가 낮을 때 더 활성이 높습니다(Venugopal소환2021 ). 발효는 pH 변화를 유발하여 가수분해에 여러 가지 이점을 제공할 수 있습니다. 여러 가지 주요 장점 중 발효는 글루타티온과 관련된 항산화 펩타이드의 효능을 강화하여 산화 스트레스 손상을 예방합니다. 또한, 단백질을 가수분해하고 펩타이드와 더 짧은 아미노산으로 분해하는 발효는 동물 사료 단백질 공급원으로 사용될 때 더 나은 소화 가능한 단백질을 생산합니다. 이는 생선 영양 함량을 향상시키는 훌륭한 도구입니다. 개미산 처리와 비교하여 발효는 어류 측류 오일 품질을 향상시킵니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). 따라서 발효를 통해 효소, 세포 덩어리, 향료 및 식품 첨가물을 비롯한 다양한 부가가치 제품이 생산될 수 있습니다. LAB에 의한 발효는 또한 식용을 식용으로 바꾸고, 식품을 보존하고, 영양가를 높이고, 독성을 낮추며, 요리 시간과 에너지를 덜 필요로 하는 다양한 식품을 만들어냅니다(Venugopal소환2021 ). 이 기술은 유리하고 안전하며 환경에도 좋습니다. 이는 많은 에너지를 소비하지 않을 뿐만 아니라 광범위한 화합물을 얻을 수 있는 가능성을 제공합니다(Marti-Quijal et al.소환2020년 ; 베누고팔소환2021 ).

해산물 부산물로부터 얻은 생체분자의 다양한 응용

해산물 내장에서 발견되는 색소, 키틴, 지질 및 단백질은 회수되거나 다양한 바이오제품을 만들기 위한 저렴한 기질로 사용될 수 있습니다(Veríssimo et al.소환2021 ). 생선 부산물 발효로 인해 고품질의 단백질, 오일 및 항산화제가 생성됩니다. 발효산물은 수생생물(Venugopal)의 영양제로 활용될 수 있다.소환2021 ). 또한, 어류 측류에는 비료 제조에 적합한 질소, 인, 칼슘이 풍부한 화합물이 포함되어 있습니다. 이들 비료는 현재 시중에 판매되고 있으며 유기농법으로 승인되었습니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). 다양한 미생물의 도움으로 물고기 측 흐름을 액체 비료로 전환하는 것이 가능했습니다. 이 재료는 실온에서 최대 6개월 동안 부패 저항성을 나타냈습니다(Venugopal소환2021 ). 대부분의 경우, 재배 가능한 원료로 변환하기 위해 이러한 기질에 예비 전처리가 적용됩니다. 칼슘, 질소, 인산염이 풍부한 이 전처리된 고체 제품의 사용은 토마토 수확, 바이오제약 및 얼음 상추( Lactuca sativa L.) 작물에 도움이 되었습니다. 한편, 배양 실험에서는 일반적으로 다양한 생체분자를 생산하기 위해 영양이 풍부한 청색 액체 상청액을 출발 배지로 사용합니다. (Veríssimo 외.소환2021 ). 라시드, 정, 김(소환2018 ) Bacillus cereus를 사용하여 새우 껍질 분말을 발효하여 설탕, 항산화제 및 DNA 보호 화학 물질을 생성했습니다. 유가식 발효와 배치식 생물학적 분해를 비교할 때 더 높은 결과가 보고되었습니다(Rashid, Jung, Kim소환2018년 ; 베누고팔소환2021 ). STP 조건에서 1kg의 식품 측 흐름은 385g의 프로피온산, 916g의 부티르산 및 624.96g의 아세트산을 생성할 수 있습니다(Dahiya et al.소환2018년 ; Nizamiet al.소환2017 ). 생물학적 분자 외에도 수산물의 부산물에서도 에너지를 얻을 수 있습니다. STP의 식품부류의 발열량은 5350KJ/kg으로 바이오에너지 자원으로 사용될 가능성이 있음을 시사합니다. 1g의 포도당은 완전히 산화되어 16KJ의 에너지를 제공해야 합니다. 50%의 전환 효율에서 식품 측 흐름에서 나오는 1kg의 COD는 15.62mol의 메탄올(350L 메탄올)을 생성하며, 이는 13,882KJ의 에너지 생산과 3.85kWh의 전력 생산을 초래합니다(Dahiya et al.소환2018 ). 바이오경제의 성장과 환경적 지속가능성은 식품부수로 만든 에너지 집약적이고 경제적으로 실행 가능한 제품의 사용에 의해 크게 도움이 될 수 있습니다. 또한, 공동 생산을 통해 자원 회수를 극대화하기 위해 여러 가지 방법을 결합하면 환경에 대한 식품부류의 해로운 영향을 일정 수준까지 줄일 수 있습니다(Dahiya et al.소환2018 ).1 번 테이블발효 기술의 다른 가능한 용도를 요약합니다.

표 1. 잠재적인 적용을 위한 발효 기술.

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수산부류로부터 단백질 회수를 위한 발효기술 적용

생명에 필요한 6가지 필수 영양소 중에서 단백질은 중요한 생체 활성 분자입니다(Mao et al.소환2017 ). 살아있는 유기체는 성장하고 발달하기 위해 영양소, 단백질 및 생리 활성 펩타이드가 필요합니다(Ucak et al.소환2021년 ; Välimaaet al.소환2019 ). 단백질 수요를 공급하려면 지속 가능한 접근 방식이 필요합니다. 식품 생산 시스템의 생물 다양성 증진, 재생 방법을 통한 대체 단백질 생성, 사이드 스트림에서 건강에 좋고 지속 가능한 단백질 회수 등이 그 중 일부입니다. 단백질은 식품 사이드 스트림, 특히 해산물에서 발견될 수 있습니다(Ucak et al.소환2021 ). 어류 측류의 기본 단백질 함량은 가공 유형과 어류에 따라 8~35%로 다양합니다(Vicente et al.소환2022 ). 해산물 부산물에서 가수분해된 단백질과 뼈, 내장 기관, 콜라겐과 같은 성분을 포함한 생리 활성 펩타이드를 포함한 생물학적 활성 화합물이 분리될 수 있습니다(Mao et al.소환2017년 ; Ucaket al.소환2021 ).

발효는 지난 세기 동안 다양한 응용 분야에서 사용된 환경 친화적이고 경제적인 방법입니다. 발효는 단백질을 포함한 다양한 귀중한 화합물을 생성합니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). 발효 해산물 측류에서 추출한 단백질에는 필수 및 비필수 아미노산이 포함되어 있습니다(Mao et al.소환2017년 ; Ucaket al.소환2021 ). 이는 육류 및 계란 단백질과 비슷한 영양가를 가지고 있습니다(Ucak et al.소환2021 ). 해산물 측류에는 발효에 의해 회수될 수 있고 다양한 용도로 사용될 수 있는 다양한 단백질 화합물이 포함되어 있습니다. 근육 단백질의 가수분해는 식품 및 제약 분야에서 유익한 생리학적, 기술적 특성을 지닌 생리활성 펩타이드를 생성할 수 있습니다(Ucak et al.소환2021 ). 젤라틴은 필름, 에멀젼, 섬유, 폼, 하이드로겔 등과 같은 단백질 기반 복합 생체 재료에 응용됩니다. 뚜렷한 구조적 및 기능적 특성으로 인해 생선 콜라겐과 젤라틴은 치료, 생물 의학, 화장품 및 생명 공학 분야에 사용됩니다. 이들은 식품 유화제, 발포제, 안정제, 영양 마이크로 캡슐화로 사용될 수 있으며 저지방 식사의 감각적 특성을 향상시킵니다(Venugopal 및 Sasidharan).소환2022 ). 또한, 이러한 단백질은 포도당의 대사를 조절하고, 지질 프로필에 유리한 효과를 가지며, 혈압을 조절하는 등의 유익한 대사 효과를 제공합니다(Ucak et al.소환2021 ). 이러한 발전은 기존의 발효 대신 "바이오매스 발효"를 사용합니다. 백본 발효는 연구되어 시장에 출시되고 있는 새로운 대체 단백질입니다. 미생물에 따라 발효는 가수분해 효소(프로테아제, 리파제, 키티나제)와 기타 효소를 생산할 수 있습니다. 어류 측류를 탄소-질소 공급원으로 사용하는 미생물 발효는 수산 측류(Venugopal 및 Sasidharan)에서 다양한 정도의 유용 물질을 추출하는 경제적이고 안전하며 환경 친화적인 방법입니다.소환2022 ). 생체분자 회수에는 비병원성 박테리아 효소의 사용이 필요합니다(Rai et al.소환2011 ). 이들 미생물은 특정 원료 성분을 분해하여 가수분해물을 생성하는 가수분해 효소를 방출합니다(그림 2) (Gao et al.소환2021 ). 다른 소스에서 파생된 프로테아제와는 달리, 다양한 미생물에 의해 생성된 미생물 프로테아제는 여러 가지 이점을 제공합니다. 여기에는 저렴한 생산 비용, 대량 생산 가능성, 더 빠른 효소 분리 시간, 효소 효율성을 높이는 유전 공학에 반응하는 유기체의 능력이 포함됩니다. Bacillus spp., Bifidobacterium spp. 및 젖산균이 가장 흔히 사용되는 미생물 프로테아제입니다(Godinho et al.소환2016 ). 프로테아제는 식품 측 흐름을 탈염하고 단백질을 제거합니다(Ucak et al.소환2021 ). 발효에는 자연적으로 발생하거나 단백질과 당을 가수분해하기 위해 첨가된 미생물이 필요합니다. 가수분해된 단백질의 생산에 영향을 미치는 두 가지 성장 매개변수는 접종 환경과 배지의 펩타이드 함량입니다. 세포외 미생물 프로테아제는 분자량과 아미노산 서열이 다른 광범위한 펩타이드를 가수분해합니다. 이러한 생리활성 펩타이드는 매혹적인 특징을 가지고 있습니다(Godinho et al.소환2016 ). 전체적으로 해산물 부산물에서 생성된 펩타이드는 항균 활성, 항산화 활성, 항증식 효과, 항고혈압 활성, 항응고 작용, 칼슘 흡수, 뼈 무기질화 등과 같은 생물학적 특성을 갖는 경우가 많습니다(Ucak et al.소환2021 ). 여러 저자의 최근 연구는 단백질 분해를 통해 생리활성 펩타이드를 제조하기 위해 미생물을 활용하는 데 중점을 두었습니다(Godinho et al.소환2016 ). A26을 사용하여 어육에서 생산된 단백질 가수분해물은 Jemil et al. (소환2014 ) 기능성, 항균 및 항산화 특성에 대해 연구했습니다. 다양한 어육을 활용한 발효로 생성된 가수분해 단백질의 유익한 용해도, 유화 안정성 및 거품 형성 능력을 입증했습니다. Bacillus subtilis A26 의 단백질 분해 효소는항산화 및 항균 활성을 갖는 어류 단백질의 생물정제 과정에서 펩타이드를 생성했습니다(Jemil et al.소환2014 ). 또 다른 연구에서는 민물고기 머리측 하천에서 분리한 유산균을 이용하여 Bacillus subtilis를 발효시켜 지질과 단백질을 동시에 회수한 결과가(소환2014 ). 연구 결과에 따르면 발효는 지방산이나 지질 프로필에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났습니다. 항박테리아 및 항산화제인 어두 단백질은 식품 조성물에서 기능성 첨가제로 사용될 수 있다. 따라서 인간의 건강을 증진하거나 식품의 유통기한을 연장할 수 있습니다. 발효된 가수분해 단백질은 다양한 박테리아 종에 대해 항균 특성을 나타냈습니다. 제약 사업, 영양 보충제, 식품 보존 분야에서 그 용도를 볼 수 있습니다(Ruthu et al.소환2014 ). Fang et al.에 따르면 Aspergillus oryzae를 이용한 생선 수프 발효로 만든 가수분해물(소환2017 ), 또한 강력한 항산화 활성을 나타냅니다. 이는 식품 및 의약 분야에서 광범위하게 응용할 수 있는 저렴한 항산화제 공급원일 수 있습니다. 이러한 응용에는 식품 보존 및 건강 증진을 위한 응용이 포함됩니다(Fang et al.소환2017 ). 마지막으로, 발효 바이오프로세스는 어류 측류를 가치 있는 기능성 소재로 변환하면서 환경 영향을 최소화함으로써 청정 생산에 기여합니다.표 2해산물 부산물의 가치를 높이기 위한 발효의 다양한 적용을 보여줍니다. 따라서 발효는 많은 옵션을 제안하고 다양한 이점을 얻기 위해 사용될 수 있는 방법임이 확실해 보입니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ).

그림 2. 해산물 측면 하천에서 귀중한 물질 회수.

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표 2. 해산물 측류에서 단백질을 회수하기 위한 발효 기술

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수산부류로부터 지질회수를 위한 발효기술 적용

발효는 지질 폐기물의 가치를 변화시키고 향상시키는 데 적합한 수단으로 간주될 수 있습니다. 발효 과정의 결과, 폐기물의 종류에 따라 가수분해된 단백질이 풍부한 분획과 오일, 키틴 또는 콜라겐이 생성됩니다. 수산업 폐기물 지질 기반 화합물의 단백질 외에 어유, 다중 불포화 지방산(PUFA), 인지질 및 콜레스테롤이 포함됩니다. 에이코사펜타엔산(EPA) 및 도코사헥사엔산(DHA)과 같은 지방산은 생선 가공 과정에서 부산물/폐기되는 영양학적으로 가치 있는 성분의 공급원으로 잘 알려져 있습니다. PUFA는 고혈압, 심혈관 질환 위험, 염증성 질환 및 자가면역 질환을 감소시키는 이점을 가지고 있습니다. (킴과 멘디스소환2006 ). 최근 몇 년간 어유의 경제적 가치는 주로 수요와 공급의 불규칙성과 관련된 문제로 인해 감소했습니다. 예측에 따르면 이러한 추세는 가까운 미래에도 지속될 가능성이 높습니다(Turchini, Torstensen 및 Ng).소환2009 ). 수요 증가로 인한 문제를 해결하기 위해 어유에 대한 실행 가능한 대안을 신속하게 채택하고 식별하는 것이 점점 더 중요해지고 있습니다. 결과적으로, 어유의 보충 공급원을 탐색하는 데 중점을 두고 있습니다. 수산업에서 수산업 측면 스트림에서 회수된 지질은 어유에 대한 탁월한 대체품으로 사용될 수 있을 뿐만 아니라 어유 수요를 어느 정도 충족시킬 수 있습니다. 이러한 맥락에서 발효와 같은 생물학적 방법이 중요해지고 있습니다. 발효는 음식물 쓰레기 내 미생물의 성장이 식품 매트릭스에서 성분을 안전하고 효과적으로 방출하는 생물전환을 가능하게 하는 것으로 간주됩니다(SF Bruno et al.소환2019년 ; Dessieet al.소환2020년 ; Shavandiet al.소환2019 ). 젖산균(LAB) 의존적 생물전환은 먹을 수 없는 생선을 식용으로 만들고, 독성을 줄이며, 조리 시간과 영양분을 보존하고 줄이는 장점이 있습니다. LAB 발효는 설탕을 젖산으로 분해하여 pH가 낮아져 결과적으로 pH가 3.5로 낮아집니다. 리파제는 에스테르 복합체 생성을 촉매할 수도 있는 트리아실글리세롤 가수분해효소로 작용합니다. 생선 내장은 19~21가지 지질의 좋은 공급원입니다. 발효를 통해 최대 85%의 지질을 회수할 수 있습니다(Rai et al.소환2010 ).

수산업 폐기물에서 지질 함량은 4~43.8%인 것으로 보고되었습니다. 이들 지질은 산화되기 쉬운 고도불포화지방산(PUFA)의 상당한 공급원입니다. 생선 내장 폐기물과 과산화물 값은 생선 내장 폐기물이 자가분해되는 동안 발효 3~4일까지 증가하는 것으로 나타났습니다. 어유 회수 기존 방법에는 가열 등의 물리적 처리와 원심분리에 의한 오일 분리가 포함됩니다. 생선 내장 폐기물에서 기름을 제거하기 위해 용매를 사용할 수 있지만 이는 비용 효과적인 접근 방식이 아닙니다. 생선 내장 측류에서 기름을 회수하는 방법은 젖산 발효를 사용하여 연구할 수 있습니다(Rai et al.소환2011 ). 발효 중 회수된 오일의 품질은 젖산 발효(LAF)가 품질에 미치는 영향을 줄이면서 오일을 회수하는 더 나은 방법으로 간주된다는 것을 보여줍니다. 발효를 통해 회수된 오일의 지방산 조성은 용매 추출을 통해 얻은 것과 구별할 수 없습니다. 지방산 조성의 측면에서 보면 포화지방산과 불포화지방산이 고르게 분포되어 있습니다(Rai et al.소환2011 ). 생선 가공 부류의 경우 회수된 기름은 불포화지방산이 풍부한 생선기름의 유능한 대체 공급원이 될 수 있습니다.

고기에 비해 민물고기와 바다고기의 내장과 머리에서 추출한 지질의 함량이 더 높습니다(Rai et al.소환2011년 ; Swapnaet al.소환2010 ). 생선 기름의 유망한 대체품은 생선 유래 지질에서 추출한 지방산 구성에 있습니다. 이러한 지질은 카로티노이드와 함께 다양한 생체 기능성을 제공합니다. 호기성, 혐기성 또는 조건성 박테리아, 곰팡이, 균사체 또는 미세조류를 비롯한 미생물은 발효 과정에서 중요한 역할을 합니다. 이들은 모두 리파제, 키티나제 및 프로테아제를 포함하는 가수분해 효소의 생산을 가능하게 합니다. 이는 폐기물의 탈염 및 단백질 제거를 돕는 전통적인 단백질 분해 처리 중 알칼리 대체에 관여하는 미생물에 달려 있습니다. 유산균은 생물전환을 돕고, 영양강화에 도움을 주어 먹을 수 없는 음식을 먹을 수 있게 만들고, 보존하며, 조리시간을 줄이고 독성을 줄입니다. LAB 발효는 설탕을 젖산으로 분해하는 데 도움이 되어 PH가 3.5로 낮아집니다. 낮은 PH는 폐기물 내 탄수화물, 지질, 카로티노이드 및 미네랄에 결합된 단백질을 방출하는 산성 프로테아제와 같은 효소의 최적 활성을 돕습니다. 산은 젖산칼슘을 형성하는 주요 미네랄 성분인 탄산칼슘과 반응하여 오염 미생물의 성장을 제어하고 세포의 탈염을 초래합니다. 미생물 발효는 최소한의 유기 용매 요구 사항으로 단순성, 신속성, 쉬운 취급 및 제어 가능성으로 인해 선호됩니다. 안전성, 낮은 에너지 소비 및 환경 친화성을 제공합니다. 더 깨끗하고 친환경적이며 경제적인 공정인 키틴 바이오 추출은 발효의 이점을 활용하여 단백질 가수분해물, 키틴 및 오일의 품질을 향상시키는 동시에 항산화제를 생성합니다(Marti-Quijal et al.소환2020 ). 젖산발효(LAF)는 2000년대부터 키틴 생산에 사용되었으며, 어류 내장 발효는 함량의 19~21%를 구성하는 지질을 회수할 수 있습니다(Rai et al.소환2010 ).표 3해산물 측류에서 지질을 회수하기 위해 채택된 주요 발효 기술을 묘사합니다.

표 3. 해산물 측류에서 지질을 회수하기 위한 발효 기술

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발효법을 이용한 수산부류로부터 생리활성 펩타이드 추출