The applications of microorganisms,

The applications of microorganisms, proteolytic enzymes, and shrimp shell fermentation for deproteinization or decalcification of seafood industry wastes are a current research trend in the conversion of biowastes into value-added biomass. The biological process is an environmentally friendly alternative for preparation of chitin. In this study, two-step biological chitin production from shrimp shells, using lactic acid fermentation for decalcification followed by bacterial proteolysis for deproteinization, was performed. The abdominal part of the shrimp shell was selected as a raw material for chitin preparation, since it contained low protein and fat (Table 1).

The high cost of media for cultivating lactic acid bacteria and B. thuringiensis could be overcome by protein extraction of shrimp head waste (SHES). The price of synthetic culture medium (broth) for lactobacilli is about 400 baht per L; whereas the cost for preparation of culture medium made from SHES plus 2% glucose is about 9 baht per L. Also, the solid residue after SHES preparation still had some nutritional value and can be used as an animal feed supplement.

A fast removal of proteins from shrimp abdominal shells is necessary to avoid spoilage and the development of a bad smell. Shrimp shell fermentation by lactic acid bacteria for decalcification and deproteinization would be an alternative approach for inhibition of spoilage microorganisms. By fermentation of shrimp shells with lactobacilli, a decalcification efficiency of up to 86% has been reported [6, 14, 16, 24–27]. In the present study, decalcification efficacy with L. pentosus L7 reached 97%but required 10% (w/w) glucose. This is in accordance with previous reports [6, 24, 27]: for example, 15% (w/w) was the optimum glucose concentration for Pediococcus acidilactici fermentation to remove calcium from shrimp shells [27], while 2.5 g crab shells were decalcified with 50 mL of 10% glucose (solid to liquid ratio of 1 : 20) [24]; and for decalcification of P. monodon shells, 0.54 g glucose per g of dried shells was added to decrease pH to 4.6 [6]. The decrease of residual proteins in shrimp shells after fermentation indicated that deproteinization of the shrimp shells occurred spontaneously, together with decalcification by the proteolytic activity of L. pentosus L7 or by the in situ proteases in the biowaste [6]. The presence of the lactic acid bacterium L. pentosus L7 ( log CFU/mL) in the protein and calcium rich liquor portion indicates that it could be used as a food supplement for humans, animals, or microorganisms [28].

In the deproteinization step, B. thuringiensis SA produced high protease activity ( unit/mL) during deproteinization of decalcified shrimp shells. The liquid fraction should be collected and concentrated to obtain the crude protease. B. thuringiensis SA was found to produce parasporal crystal proteins during the sporulation stage; the crystal protein might be recovered from the extracting liquid after deproteinization of decalcified shrimp shells.

Quality criteria of chitosan are viscosity, molecular weight, or distribution of molar masses. The viscosity of chitosan is strongly dependent on the viscosity of the “preproduct” chitin; the biological processes have been reported to be an effective way to obtain a high quality of chitin [6, 7, 17–19]. The chitosan obtained from biologically purified chitin had a high viscosity compared with chitosan prepared from chemically processed chitin (the same lot of shrimp waste in the present study, Table 5). Commercial chitosan purchased from a supplier in Samut Sakhon province, Thailand, had a viscosity of 331 mPa·s. Bajaj et al. [23] reported that commercial chitosan with high viscosity had 442.4 mPa·s, while the medium and low viscous grades had much lower viscosities; this indicated that the quality of the chitosan used in the present study was good. Although the highest chitosan viscosity was reported by Bajaj et al. [23], a chemical process was used to prepare chitin, together with an N2 atmosphere for deacetylation.

The production of chitosan from chitin isolated by a two-step biological purification process for decalcification and deproteinization is not commercially used, but the process has good potential to create biologically purified chitin with a high grade of purity and provides a high viscosity chitosan after deacetylation (Figure 5). High viscosity chitosan has various applications, for example, as an emulsifying agent, or dietary ingredient, and for metal reduction, scaffolds (tissue engineering), enzyme immobilization, and drug delivery [28]. The disadvantages of a two-step biological process are overall longer purification time (5 days) and higher costs due to the requirement of sterilize process and a carbon source in deproteinization and decalcification steps. However, the wastes from the biological processing are not harmful to humans or the environment, and useful by-products such as protein hydrolysate, calcium lactate, astaxanthin, crude protease, and parasporal crystal proteins during purification could be obtained from the methods used in the present study, whereas chemical process creates toxic waste and causes some depolymerization of the chitin, which influences its molecular weight and viscosity, leading to lower viscosity chitosan after deacetylation.

Kết quả (Việt) 1:

Các ứng dụng vi sinh vật, proteolytic enzym và tôm vỏ lên men cho deproteinization hoặc decalcification của Hải sản ngành công nghiệp chất thải là một xu hướng nghiên cứu hiện tại trong chuyển đổi của biowastes vào nhiên liệu sinh học giá trị gia tăng. Quá trình sinh học là một thay thế thân thiện môi trường cho các chuẩn bị của chitin. Trong nghiên cứu này, hai bước sản xuất sinh học chitin từ vỏ tôm, bằng cách sử dụng quá trình lên men axit lactic để decalcification theo sau bởi vi khuẩn proteolysis cho deproteinization, được thực hiện. Phần bụng của vỏ tôm được chọn làm nguyên liệu để chuẩn bị chitin, kể từ khi nó chứa thấp protein và chất béo (bảng 1).Chi phí cao của phương tiện truyền thông cho nuôi dưỡng vi khuẩn axit lactic và B. thuringiensis có thể được khắc phục bằng protein khai thác chất thải đầu tôm (SHES). Giá tổng hợp văn hóa phương tiện (canh) cho lactobacilli là khoảng 400 baht / L; trong khi chi phí chuẩn bị của văn hóa phương tiện thực hiện từ glucose SHES cộng với 2% là khoảng 9 baht / L. Ngoài ra, các dư lượng rắn sau khi chuẩn bị SHES vẫn còn có một số giá trị dinh dưỡng và có thể được sử dụng như là một động vật thức ăn bổ sung.Một loại bỏ nhanh chóng của protein từ tôm bụng vỏ là cần thiết để tránh hư hỏng và sự phát triển của một mùi xấu. Tôm bao lên men bởi vi khuẩn axit lactic cho decalcification và deproteinization sẽ là một cách tiếp cận thay thế cho sự ức chế của vi sinh vật hư hỏng. Bởi quá trình lên men của tôm vỏ với lactobacilli, một hiệu quả decalcification lên đến 86% đã báo cáo [6, 14, 16, 24-27]. Trong nghiên cứu hiện nay, decalcification hiệu quả với L. pentosus L7 đạt 97% nhưng yêu cầu đường trong 10% (w/w). Điều này là phù hợp với báo cáo trước đó [6, 24, 27]: ví dụ: 15% (w/w) là nồng độ glucose tối ưu cho Pediococcus acidilactici lên men để loại bỏ canxi từ tôm vỏ [27], trong khi 5gr cua vỏ đã được decalcified với 50 mL của 10% glucose (rắn với chất lỏng tỷ lệ 1:20) [24]; và cho decalcification của P. sú vỏ, 0,54 g đường trên g khô vỏ đã được bổ sung để giảm độ pH để 4.6 [6]. Giảm dư protein trong vỏ tôm sau khi quá trình lên men chỉ ra rằng deproteinization vỏ tôm xảy ra tự phát, cùng với decalcification bởi các hoạt động proteolytic của L. pentosus L7 hoặc bởi protease tại chỗ trong biowaste [6]. Sự hiện diện của axit lactic vi khuẩn L. pentosus L7 (log CFU/mL) trong phần rượu giàu protein và canxi chỉ ra rằng nó có thể được sử dụng như là một bổ sung thực phẩm cho con người, động vật hoặc vi sinh vật [28].Trong bước deproteinization, B. thuringiensis SA sản xuất hoạt động cao protease (đơn vị/mL) trong deproteinization của decalcified tôm vỏ. Các phần chất lỏng nên được thu thập và tập trung để có được protease thô. B. thuringiensis SA đã được tìm thấy để sản xuất parasporal tinh thể protein trong giai đoạn sporulation; protein tinh thể có thể được phục hồi từ các chất lỏng giải nén sau khi deproteinization của decalcified tôm vỏ.Chỉ tiêu chất lượng của chitosan là độ nhớt, trọng lượng phân tử hoặc phân phối của khối lượng phân tử. Độ nhớt của chitosan là mạnh mẽ phụ thuộc vào độ nhớt của chitin "preproduct"; các quá trình sinh học đã được báo cáo là một cách hiệu quả để có được một chất lượng cao của chitin [6, 7, 17-19]. Chitosan thu được từ chitin sinh học tinh khiết có độ nhớt cao so với chitosan chuẩn bị từ chế biến hóa học chitin (nhiều cùng một tôm chất thải trong nghiên cứu hiện tại, bảng 5). Thương mại chitosan mua từ một nhà cung cấp tỉnh Samut Sakhon, Thái Lan, có độ nhớt của 331 mPa·s. Bajaj et al. [23] báo cáo rằng thương mại chitosan với độ nhớt cao có 442.4 mPa·s, trong khi trung bình và thấp nhớt lớp có độ nhớt thấp hơn nhiều; Điều này chỉ ra rằng chất lượng của chitosan được sử dụng trong nghiên cứu hiện nay là tốt. Mặc dù độ nhớt chitosan cao nhất đã được báo cáo bởi Bajaj et al. [23], một quá trình hóa học được sử dụng để chuẩn bị chitin, cùng với một bầu không khí N2 cho deacetylation.Sản xuất chitosan từ chitin bị cô lập bởi quá trình hai bước thanh lọc sinh học decalcification và deproteinization không được sử dụng thương mại, nhưng quá trình này có tiềm năng tốt để tạo ra sinh học tinh khiết chitin với cao cấp của độ tinh khiết và cung cấp một chitosan độ nhớt cao sau khi deacetylation (hình 5). Độ nhớt cao chitosan có ứng dụng khác nhau, ví dụ, như là một liên đại lý, hoặc các thành phần chế độ ăn uống, và kim loại giảm, Giăng (mô kỹ thuật), enzym cố định, và phân phối thuốc [28]. Những khó khăn của một quá trình sinh học hai bước được tổng thể dài hơn thời gian làm sạch (5 ngày) và các chi phí cao hơn do yêu cầu của khử trùng quá trình và nguồn cacbon trong bước deproteinization và decalcification. Tuy nhiên, các chất thải từ chế biến sinh học là không gây hại cho con người hoặc môi trường, và các sản phẩm hữu ích chẳng hạn như protein hydrolysate, canxi lactat, astaxanthin, protease thô và pha lê parasporal protein trong thanh lọc có thể được lấy từ các phương pháp được sử dụng trong nghiên cứu hiện tại, trong khi quá trình hóa học tạo ra chất thải độc hại và gây ra một số depolymerization chitin, mà ảnh hưởng đến trọng lượng phân tử và độ nhớt của nó, dẫn đến thấp độ nhớt chitosan sau khi deacetylation.

Kết quả (Việt) 2:

Các ứng dụng của vi sinh vật, các enzym thủy phân protein, và lên men vỏ tôm cho deproteinization hoặc decalcification chất thải ngành công nghiệp thủy sản là một xu hướng nghiên cứu hiện nay trong việc chuyển đổi biowastes thành sinh khối giá trị gia tăng. Các quá trình sinh học là một sự thay thế thân thiện môi trường cho việc chuẩn bị của chitin. Trong nghiên cứu này, hai bước sản xuất chitin sinh học từ vỏ tôm, sử dụng axit lactic lên men cho decalcification theo sau sự phân giải protein của vi khuẩn để deproteinization, đã được thực hiện. Phần bụng của vỏ tôm được lựa chọn như là một nguyên liệu để chuẩn bị chitin, vì nó chứa ít protein và chất béo (Bảng 1). Các chi phí cao của các phương tiện truyền thông để nuôi dưỡng các vi khuẩn axit lactic và B. thuringiensis có thể được khắc phục bằng cách chiết xuất protein của chất thải đầu tôm (Shes). Giá của môi trường nuôi cấy nhân tạo (nước dùng) cho lactobacilli là khoảng 400 baht mỗi L; trong khi chi phí cho việc chuẩn bị môi trường nuôi cấy được làm từ Shes cộng glucose 2% là khoảng 9 baht mỗi L. Ngoài ra, chất cặn rắn sau khi shes chuẩn bị vẫn có một số giá trị dinh dưỡng và có thể được sử dụng như là một chất bổ sung thức ăn gia súc. Một loại bỏ nhanh chóng của các protein từ vỏ tôm bụng là cần thiết để tránh sự hư hỏng và sự phát triển của một mùi hôi. Tôm vỏ lên men bởi các vi khuẩn axit lactic cho decalcification và deproteinization sẽ là một cách tiếp cận khác để ức chế các vi sinh vật gây hư hỏng. Bởi quá trình lên men của vỏ tôm với lactobacilli, một hiệu quả decalcification lên đến 86% đã được báo cáo [6, 14, 16, 24-27]. Trong nghiên cứu này, hiệu quả decalcification với L. pentosus L7 đạt 97%, nhưng yêu cầu 10% (w / w) glucose. Điều này phù hợp với báo cáo trước [6, 24, 27]: ví dụ, 15% (w / w) là nồng độ glucose tối ưu cho Pediococcus acidilactici lên men để loại bỏ canxi từ vỏ tôm [27], trong khi vỏ cua 2,5 g là decalcified với 50 ml dung dịch glucose 10% (tỷ lệ rắn lỏng 1: 20) [24]; và cho decalcification vỏ P. monodon, 0,54 g glucose mỗi g vỏ khô được thêm vào để làm giảm pH đến 4,6 [6]. Sự sụt giảm của protein còn sót lại trong vỏ tôm sau khi lên men cho thấy deproteinization của vỏ tôm xảy ra một cách tự nhiên, cùng với decalcification bởi các hoạt động phân giải protein của L. pentosus L7 hoặc do in situ protease trong các chất thải sinh học [6]. Sự hiện diện của vi khuẩn axit lactic L. pentosus L7 (log CFU / mL) trong protein và phần rượu giàu canxi chỉ ra rằng nó có thể được sử dụng như một thực phẩm bổ sung cho người, động vật, vi sinh vật hay [28]. Trong bước deproteinization , B. thuringiensis SA sản xuất hoạt động protease cao (đơn vị / mL) trong deproteinization của vỏ tôm decalcified. Phần chất lỏng nên được thu thập và tập trung để có được các protease thô. B. thuringiensis SA đã được tìm thấy để sản xuất protein tinh thể parasporal trong giai đoạn hình thành bào tử; các protein tinh thể có thể được thu hồi từ các chất lỏng chiết xuất sau deproteinization của vỏ tôm decalcified. Tiêu chí chất lượng của chitosan là độ nhớt, khối lượng phân tử, hoặc phân bố của các phân tử. Độ nhớt của chitosan phụ thuộc rất nhiều vào độ nhớt của "preproduct" chitin; các quá trình sinh học đã được báo cáo là một cách hiệu quả để có được một chất lượng cao của chitin [6, 7, 17-19]. Các chitosan thu được từ chitin sinh học tinh khiết có độ nhớt cao so với chitosan từ chitin chuẩn bị xử lý hóa học (cùng rất nhiều chất thải nuôi tôm trong nghiên cứu này, bảng 5). Chitosan thương mại mua từ một nhà cung cấp ở tỉnh Samut Sakhon, Thái Lan, có độ nhớt 331 mPa s ·. Bajaj et al. [23] đã báo cáo rằng chitosan thương mại với độ nhớt cao có 442,4 mPa · s, trong khi các phương tiện và lớp nhớt thấp có độ nhớt thấp hơn nhiều; này cho thấy chất lượng của chitosan được sử dụng trong nghiên cứu này là tốt. Mặc dù chitosan có độ nhớt cao nhất được báo cáo của Bajaj et al. [23], một quá trình hóa học được sử dụng để chuẩn bị chitin, cùng với một bầu không khí N2 cho deacetylation. Việc sản xuất chitosan từ chitin cô lập bởi một quá trình thanh lọc sinh học hai bước cho decalcification và deproteinization không được sử dụng thương mại, nhưng quá trình này có tốt tiềm năng để tạo ra chitin sinh học tinh khiết với một lớp cao của sự tinh khiết và cung cấp một chitosan có độ nhớt cao sau khi deacetylation (Hình 5). Độ nhớt cao chitosan có các ứng dụng khác nhau, ví dụ, như một tác nhân nhũ hoá, hoặc thành phần dinh dưỡng, và giảm kim loại, giàn giáo (kỹ thuật mô), enzyme cố định, và phân phối thuốc [28]. Những nhược điểm của một quá trình sinh học hai bước là thời gian tổng thể còn thanh lọc (5 ngày) và chi phí cao hơn do yêu cầu của quá trình khử trùng và một nguồn carbon trong deproteinization và decalcification bước. Tuy nhiên, các chất thải từ chế biến sinh học không gây hại cho con người và môi trường, và hữu ích của sản phẩm phụ như thủy phân protein, canxi lactate, astaxanthin, protease thô, và các protein tinh thể parasporal trong sạch có thể thu được từ các phương pháp được sử dụng trong Nghiên cứu hiện tại, trong khi quá trình hóa học tạo ra chất thải độc hại và gây ra một số depolymerization của chitin, ảnh hưởng đến trọng lượng phân tử của nó và độ nhớt, dẫn đến chitosan độ nhớt thấp hơn sau khi deacetylation.