خلاصه فناوری
فرآیند فرآوری ضایعات، عملآوری میگو بر پایه هیدرولیز آنزیمی و تولید محصول پروتئین هیدرولیز شده میباشد. بطوری که پروتئین ضایعات میگو توسط آنزیم به قطعات کوچکتر با قابلیت هضم بالاتر شکسته میشود. این محصول چه به شکل پودر و یا مایع غلیظ حاوی پپتیدهای زیستفعال با اندازه کوچک (کمتر از 1 کیلودالتون) و عمدتا شامل دی-پپتید و تری-پپتید و اسیدهای آمینه آزاد میباشد. در این فناوری، فرآیند در سه سطح ضایعات، آنزیم، و شرایط کاری هیدرولیز کنترل میشود تا محصول نهایی دارای ثبات ساختاری و عملکردی باشد. علاوه بر پپتید، دو جزء زیستی دیگر این محصول وجود اسیدهای چرب و رنگدانه آستاگزانتین است و به این دلیل رنگ محصول مایل به قرمز است. این محصول در تولید خوراک بچه ماهیان دریایی و خوراکهای حاوی درصد کم پودر ماهی قابل استفاده است.
ضرورت مسئله
در حال حاضر با توسعه آبزی پروری میگو در سواحل 4 استان جنوبی کشور و صادراتی بودن این محصول به شکل منجمد، حدود 4 هزارتن در سال ضایعات میگو وجود دارد. این در حالیست که هم اکنون شرکت Symrise آلمان (بخش Diana Aquaفرانسه) از فرآوری ضایعات میگوهای تولید شده در کشورهایی مانند اکوآدور که سال گذشته 1 میلیون تن تولید میگوی پرورشی به روش گسترده (تراکم پایین) داشته و حجم ضایعات آن تا 500 هزارتن رسیده پروتئین هیدرولیز تولید مینماید که بعنوان افزودنی فراسودمند در تولید خوراک بچه ماهیان دریایی و عمدتا سیباس اروپایی استفاده میشود. استفاده از ضایعات میگو در ایران با درنظر گرفتن راندمان حدود 18% میتواند چیزی حدود 700 تن محصول پروتئین هیدرلیزشده را تولید کند که با در نظر گرفتن میزان 4% وزنی یعنی 40 کیلوگرم در هر تن خوراک در تولید 20 برابر یعنی 17 هزارتن خوراک استفاده گردد که میتواند برای بازار ایران در تولید ماهیان دریایی کافی باشد؛ ولی هماکنون این محصول که متضمن ارتقاء خوراک بچهماهیان است، در ایران تولید نمیشود. تولیدات اولیه این محصول در مقیاس آزمایشگاهی ویژگیهایی مشابه نوع فرانسوی را نشان داده است (مانند پروفیل پپتید، اسید آمینه، رنگ، اسیدهای چرب و درصد پروتئین). با این حال برای مدل اقتصادی ایران و حجم ضایعات بعنوان ماده اولیه تولید، مشخص نیست نوع پودری مناسبتر و به لحاظ اقتصادی توجیهپذیر باشد (با توجه به نیاز به یک دستگاه خشککن اسپری درایر و هزینههای تعمیر و نگهداری آن) و یا به شکل مایع تغلیظشده مانند محصول SPH-E1 شرکت VNF ویتنام برای بازار ایران به لحاظ توجیهپذیری اقتصادی عملیاتیتر میباشد. در اینصورت متغیرهای هیدرولیز نیاز به استانداردسازی بر اساس واقعیتهای بومی داشته و لذا ضرورت دارد تا مطالعه جامعی در این خصوص شکل پذیرد که منجر به توسعه فنآوری محصول پروتئین هیدرولیز از ضایعات میگوی ایران باشد تا بتواند در تولید خوراک ماهیان دریایی استفاده شود. تولید این محصول از ضایعات به روش هیدرولیز نه تنها سبب حفظ ترکیبات زیستی مفید در محصول میشود و از این منظر در سلامتی و تغذیه و رشد آبزی مفیدتر است، بلکه سودآوری خوبی نیز برای سرمایهگذار در این بخش بههمراه دارد. در روش فعلی استفاده از ضایعات میگو، بخشی از ضایعات تولیدشده توسط شرکتهای پودر ماهی تبدیل به پودر میگردد که رنگ سیاه داشته و ترکیبات مفیدی چون آستاگزانتین که آنتیاکسیدان قوی است طی فرآیند از بین رفته و پپتیدهای زیستفعال چون فرایند هیدرولیز انجام نمیشود، اصلا تولید نمیشوند و لذا محصول چون بههمراه پوسته کیتینی هم هست که قابل هضم برای ماهی نیست، عملا از ارزش پایینی برخوردار است. تولید پروتئینهیدرولیز نگاهی جدید و روش جدید فرآوری ضایعات میگو است که بهدلیل پروتئین بالای خود و حفظ ترکیبات زیستی و رهاسازی پپتیدها طی فرآیند، افزودنی با ارزش بالا برای خوراک ماهیان دریایی است و هماکنون شرکتهای بزرگ تولیدکننده خوراک ماهی در اروپا مانند Biomar و INVE از آن در ساخت خوراک استفاده مینمایند.
مسئله اصلی تحقیق
در هیدرولیز ضایعات سه فاکتور مهم بر کیفیت و عملکرد محصول نهایی تاثیرگذار خواهند بود، که عبارتند از:
1- کنترل در سطح ضایعات
2- کنترل در سطح آنزیمهای پروتئازی
3- کنترل در سطح متغیرهای هیدرولیز
این 3 عامل نه تنها بر ساختار و ایمنی محصول اثر دارند بلکه بر عملکرد زیستی آن و تاثیر بر رشد نیز موثر میباشند. در این طرح، کنترل در سطح ضایعات شامل تازگی ضایعات، درجه اکسایش و دناتوراسیون پروتئین ضایعات، زمان نگهداری در انجماد، فعالیت آنزیمهای داخلی مانند تریپسین خواهد بود، که باید چگونگی جمعآوری و استفاده از آنها که متضمن حداکثر راندمان هیدرولیز باشد کنترل گردد. در سطح آنزیم، فعالیت سرین پروتئازها در ضایعات تحتتاثیر تازگی و مدت زمان نگهداری و درجه اکسایش قرار میگیرد و لذا باید شرایط واکنش آنزیمی بهنحوی اجرا گردد تا پروفیل مدنظر پپتیدی در ضایعات ایجاد گردد و در سطح متغیرهای هیدرولیز مانند زمان، دما، نسبت آب به ضایعات، غیرفعالسازی آنزیم، سرعت چرخش، آنتی اکسیدان و ... بهنحوی بهینه گردد تا اولاً واکنشهای نامطلوب اکسایشی را به حداقل برساند و ثانیاً بهترین ویژگی که پروفیل پپتید، اسیدآمینه، اسیدهای چرب، رنگدانهها و غیره میباشند برای کارکرد موثر در خوراک را ایجاد نماید. نتایج آزمایشات اولیه نشان داده که دما و زمان دو عامل تعیینکننده در اکسایش چربی و پروتئین حین هیدرولیز میباشند و از سویی دیگر نسبت زیاد آب سبب آبکیتر بودن (بالا بودن درصد رطوبت) در مایع هیدرولیز نهایی میباشند که در مرحله بعد خشک نمودن آن یا تغلیظ هزینهبر است. همچنین استفاده از آنتی اکسیدان میتواند سبب به حداقل رسیدن اکسایش در زمان هیدرولیز گردد و چون محصولات اکسایش چربی با وارد کردن ترکیبات کربونیلی به پپتیدهای در حال تشکیل سبب اکسیدشدن آنها خواهند شد، لذا بر فعالیت آنتیاکسیدانی و ارتقاء ایمنی پروتئین هیدرولیز اثر خواهد داشت. از اینرو، نیاز به بررسی کنترل اکسایش توسط آنتی اکسیدان دارد. همچنین، دمای غیرفعالسازی آنزیم که حدوداً در بازه 100-80 درجه سانتیگراد برای 10-15 دقیقه است، مشخص نیست. حد بهینه آن برای ضایعات میگو و اثر آن بر بخشهای مختلف محصول نهایی (پپتید، اسیدهای چرب، رنگدانهها) چگونه است و نهایتاً فعالیت آنتیاکسیدانی و ساختاری پروتئین هیدرولیز چگونه تحت تاثیر قرار خواهد گرفت. مساله دیگر مربوط به پایداری محصول نهایی چه به شکل پودر و چه به شکل مایع است و اینکه ماندگاری محصول در دمای محیط و رشد میکروبی در آن و یا سایر تغییرات فیزیکوشیمیایی و زیستی چگونه طی مدت نگهداری دستخوش تغییرات میگردد. اینها مسائلی است که در تولید این محصول و توسعه دانشفنی تولید آن در مراحل مختلف باید جزء به جزء استانداردسازی گردند تا در هر بچ تولیدی به پروفیل پپتیدی یکسان دست یافت.
درباره تیم پژوهشی
نام و نامخانوادگی |
رشته/ مقطع تحصیلی |
همکار/ مشاور طرح |
وضعیت شغلی |
مهدی نیکو |
شیلات/فرآوری محصولات شیلاتی |
مجری |
عضو هیئتعلمی پژوهشکده آرتمیا و آبزیپروری دانشگاه ارومیه |
حسینعلی عبدالحی |
شیلات/ژنتیک آبزیان |
همکار |
عضو هیئتعلمی سازمان تحقیقات شیلات ایران |
مهدی محمودیان |
شیمی پلیمر |
مشاور |
عضو هیئتعلمی دانشگاه ارومیه |
سوابق عرضهکننده فناوری و مسئول اصلی تیم پژوهشی
دکتر مهدی نیکو: ایشان دانشیار پژوهشی پژوهشکده آرتمیا و آبزیپروری دانشگاه ارومیه بوده و زمینه پژوهشی ایشان در خصوص مدیریت ضایعات شیلاتی و تولید ترکیبات باارزش افزوده از ضایعات خصوصا پروتئین هیدرولیزشده غنی از پپتیدهای زیستفعال با هدف توسعه فناوری تولید این محصول جهت کاربرد در ساخت خوراک بچهماهیان دریایی مانند سیباس آسیایی میباشد. ایشان دکتری خود را از دانشگاه جیانگنان چین در خصوص تولید پروتئین هیدرولیز و پپتید از ضایعات ماهی خاویاری در سال 2014 اخذ و در سال 1401 به عنوان پژوهشگر 1 درصد برتر پراستناد دنیا معرفی شدهاند. تا کنون مجری 9 طرح پژوهشی دانشگاهی و ارتباط با صنعت در خصوص مدیریت ضایعات آبزیان بوده و حدود 40 مقاله ISI به چاپ رساندهاند. ایشان تدریس دروس مختلف فرآوری محصولات شیلاتی در مقطع کارشناسی ارشد و راهنمایی دانشجویان مقاطع کارشناسی ارشد و دکتری را برعهده داشته و در حال حاضر مدیرگروه آبزیپروری و فرآوری آبزیان پژوهشکده آرتمیا نیز میباشد.
دکتر حسینعلی عبدالحی: ایشان دکتری ژنتیک آبزیان داشته و برای حدود 2 دهه معاون آبزی پروری سازمان شیلات ایران بوده و هماکنون عضو هیئتعلمی سازمان تحقیقات شیلات ایران میباشند. ایشان از پشتوانه قوی اجرایی در توسعه آبزیپروری برخوردار هستند و در چاپ مقالات متعدد علمی پژوهشی، ISIو مجری طرحهای متعدد شیلاتی و در کنار آن همکاری در راهنمایی و مشاوره بسیاری از دانشجویان مقطع تحصیلات تکمیلی شیلات نقش بسزایی ایفا نمودند.
دکتر مهدی محمودیان: ایشان فارغ التحصیل رشته شیمی پلیمر از دانشگاه تهران هستند و به مدت ۱۰ سال هیئتعلمی گروه نانوفناوری دانشگاه ارومیه میباشند. در طول این مدت موفق به چاپ بیش از ۴۰ مقاله بین المللی ISI شده و همچنین چندین طرح صنعتی ارتباط با صنعت به عنوان مجری داشته است که یا به اتمام رسیده و یا در حال اجرا میباشد. در این یک دهه به راهنمایی بیش از ۲۰ دانشجوی ارشد و ۳ دانشجوی دکتری پرداخته است. زمینه کاری ایشان تهیه و اصلاح غشاها و پوششهای نانوکامپوزیتی و بررسی کاربرد آنها میباشد.
مزایا
هماکنون پودر ضایعات میگو که بخشی از ضایعات کشور توسط کارخانجات محدود به پودر تبدیل میشود، دارای رنگ سیاه، پوسته کیتینی (غیرقابل هضم برای ماهی)، خاکستر بالا، پروتئین کم و تخریب رنگدانههای مفید آستاگزانتین میباشد. این محصول که بر پایه هیدرولیز ضایعات تولید میشود، با نگاه جدید بر فرآوری ضایعات میگو، تولید محصولی با پروتئین بالا و دارا بودن خواص زیستی نقش مهمی در افزایش کیفیت خوراک بچهماهیان دارد و هماکنون در اروپا در ساخت خوراک آبزیان توسط شرکتهای مطرح در حال استفاده است. مزایای این محصول بهشرح زیر است:
- محصول دارای درصد بالای پپتیدهای با اندازه کوچک (کمتر از 1 کیلودالتون) می باشد.
- محصول از 3 جزء زیستی به شکل همزمان برخوردار است (پپتید، آستاگزانتین، امگا-3).
- محصول دارای رنگ زرد یا قرمز و بوی مطلوب در تولید خوراک است.
- محصول دارای درصد بالای اسیدهای آمینه گلوتامین و آسپارژین است که بههمراه پپتیدهای کوچک اندازه، سبب خوش خوراکی (palatability) جیره غذایی میشوند.
- به روش دوستدار محیط زیست تولید شده و از هیچگونه حلال شیمیایی در فرآیند تولید استفاده نمیشود.
- محصول دارای ویژگی مشابه محصولات خارجی است که در اروپا در حال تولید و استفاده است.
- نیاز به واردات و هزینههای مرتبط با آن را از بین میبرد.
کاربرد
کاربرد این محصول به شکل کلی در دو بخش: ساخت و افزایش کیفیت خوراک بچه ماهیان گونههای مختلف (performance booster) و بهبود کیفیت خوراکهای با میزان کم پودر ماهی و یا بدون پودر ماهی (palatability enhancer) است. به شکل اختصاصی:
- استفاده در ساخت خوراک بچه ماهیان دریایی (سیباس آسیایی، شانک و صبیتی) به میزان 4% (40 کیلو در هر تن خوراک) به شکل افزودنی (مخلوط کردن با سایر اقلام جیره در تهیه خوراک)
- استفاده در بهبود کیفیت خوراکهای فاقد پودر ماهی یا میزان پودر ماهی کم (حدود 10%) به شکل مایع به میزان حدود 5/1 کیلو در هر 100 کیلو خوراک به شکل پوششدهی (کوتینگ)
- در استفاده از این محصول، حداکثر درصد پودرماهی در خوراک نیز کاهش مییابد (حداکثر 15-10% پودر ماهی در خوراک سیباس در اروپا + پوشش دهی با این محصول) و لذا نیاز به درصدهای بالا (40-30%) از بین میرود.
- کاهش قیمت خوراک
- میزان نیاز به پودر ماهی را کاهش داده و اجازه میدهد تا پروتئین گیاهی بیشتری استفاده شود.
- امکان جایگزینی پودر ماهی با کیفیت بالا به پودر با کیفیت کمتر
- مزیت در افزایش رشد و افزایش راندمان تغذیه
- افزایش مقاومت در برابر استرسهای محیطی و بیماری بهواسطه تقویت سیستم آنتیاکسیدانی و ایمنی آبزی
- میزان بالای تغذیه در شرایط استرسزای محیط پرورش
خروجیهای مورد انتظار تحقیق
با توجه به اینکه حدود 4 هزار تن ضایعات میگو در سال با کیفیت مناسب وجود دارد، و نظر به مطالعات اولیه صورت گرفته، فرآوری ضایعات میگو به روش هیدرولیز در تولید محصول پروتئین هیدرولیز با اثرات زیستی و کیفیت بالا در ساخت خوراک آبزیان انجام و لذا خروجیهای زیر با انجام طرح مدنظر میباشد:
- تولید 100 کیلوگرم پروتئین هیدرولیز به شکل پودری و رنگ قرمز حاوی پپتیدهای با وزن کمتر از 1 کیلودالتون و اسیدهای آمینه آزاد
- دستیابی به ماندگاری 6 ماهه محصول با بستهبندی بههمراه مواد نگهدارنده
- طراحی فرآیندی هیدرولیز و تهیه طرح توجیهی فنی-اقتصادی
هزینه و زمان اجرای طرح
- هزینه اجرای طرح حدود 500 میلیون تومان برآورد میشود.
- مدتزمان اجرای طرح حدود 12 ماه برآورد میشود.
تسهیم مالکیت فکری
- مالکیت معنوی: مشارکتکننده در مالکیت معنوی ناشی از اجرای تحقیق سهیم خواهد بود و انتشار مقاله مشترک توسط مجری و مشارکتکننده در ژورنالهای داخلی و خارجی، ارائه مقاله در کنفرانسها و سمینارها با موافقت و اشاره به نام همه دستاندرکاران مجاز خواهد بود.
- مالکیت منافع مادی: سهم مشارکت شرکت/شتابدهنده متقاضی حداقل 10 و حداکثر 35 درصد خواهد بود (منافع مالی ناشی از توسعه این فناوری بر اساس توافق طرفین و مشترک خواهد بود و باتوجهبه سهم آورده نقدی و غیرنقدی توسعهدهنده، سهم مالکیت قابلمذاکره و توافق است).
ارتباط با ما
شماره تماس:
021-88486498
اینستاگرام:
iran.challenges@