Διαχωρισμός και χρήσεις κελύφους αυγού

Η διαχείριση των γεωργικών αποβλήτων αποτελεί ένα από τα πιο σοβαρά προβλήματα για τη βιομηχανία επεξεργασίας τροφίμων. Η ποσότητα των παραγόμενων αποβλήτων, καθώς και το κόστος της διάθεσης των αποβλήτων είναι συνεχώς αυξανόμενη σε όλη την Ευρώπη.

Μόνο στην Ε.Ε., τα απόβλητα της επεξεργασίας αυγών για την παραγωγή διάφορων προϊόντων τροφίμων έφτασε τους 999 χιλ. τόνους το 2015. Κυρίως τα βιομηχανικά κελύφη αυγών θεωρούνται επικίνδυνα απόβλητα, διότι οι πρωτεΐνες στις μεμβράνες του αυγού αποσυντίθενται εύκολα και μπορούν να γίνουν τοξικές. 

Ωστόσο, το κέλυφος του αυγού αποτελεί ένα σημαντικό αποθεματικό βιοενεργών ουσιών μεγάλης οικονομικής αξίας. Προϋπόθεση για την αξιοποίησή τους είναι ο διαχωρισμός των επιμέρους στρωμάτων του κελύφους σε βιομηχανική βάση. Εφόσον ο διαχωρισμός καθιερωθεί σε ευρεία κλίμακα, η βιομηχανία μεταποίησης αυγών θα αποκτήσει νέα πηγή εσόδων και συγχρόνως θα απαλλαγεί από το υψηλό κόστος που απαιτεί η διαχείρισή τους. Επιπλέον, σημαντικό όφελος θα προκύψει και για την βιομηχανία φαρμάκων και καλλυντικών που θα έχουν πρόσβαση σε φθηνότερες πρώτες ύλες που θα προκύψουν από την επεξεργασία τους. Έτσι, θα παραχθούν φθηνότερα διάφορα φαρμακευτικά και καλλυντικά προϊόντα, προσιτά σε ευρύτερα στρώματα της κοινωνίας. Τέλος, τα περιβαλλοντικά οφέλη είναι προφανή δεδομένου του τεράστιου όγκου αποβλήτων της βιομηχανίας μεταποίησης αυγών.

Το κέλυφος των πτηνών είναι ένα πορώδες βιο-κεραμικό υλικό που σχηματίζεται σε θερμοκρασία σώματος. Ο σχηματισμός του αποτελεί μία από τις ταχύτερες διαδικασίες ασβεστοποίησης που γνωρίζουμε στη βιολογία.  Το ανόργανο τμήμα του  κελύφους αποτελείται από 95% ανθρακικό ασβέστιο. Το υπόλοιπο τμήμα, που συνιστά το οργανικό τμήμα του, αποτελείται από πρωτεΐνες, γλυκοπρωτεΐνες και πρωτεογλυκάνες και μια ποικιλία ιχνοστοιχείων. Ο σχηματισμός του αρχίζει σε διαφορετικά τμήματα της σάλπιγγας του πτηνού και αποτελείται από έξι στοιβάδες. Οι δύο εσωτερικές αποτελούν την εσωτερική και εξωτερική κελυφική μεμβράνη, κάθε μία από τις οποίες αποτελείται από ένα δίκτυο ινών που περιβάλουν το λεύκωμα. Η εσωτερική ασβεστοποιημένη στοιβάδα (θηλοειδή

στοιβάδα) αποτελείται από ακανόνιστες ασβεστώδεις στήλες που διαπερνούν τις εξωτερικές μεμβράνες του κελύφους. Η πασσαλοειδής στοιβάδα ξεκινά όταν οι στήλες συγχωνεύονται για να σχηματίσουν το συμπαγές κέλυφος. Η λεπτή κάθετη κρυσταλλική στοιβάδα εναποτίθεται στην επιφάνεια της πασσαλοειδούς στοιβάδας. Η επιδερμίδα είναι το πιο εξωτερικό στρώμα του αυγού και αποτελείται από οργανική ύλη και  τις χρωστικές ουσίες του κελύφους. Ένας αριθμός διαφορετικών πρωτεϊνών (διαλυτών και αδιάλυτων) και ανόργανων αλάτων εναποτίθενται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας του σχηματισμού του ώστε να χρησιμοποιηθούν αργότερα από το αναπτυσσόμενο έμβρυο. Οι αδιάλυτες πρωτεΐνες δρουν ως δομικό πλαίσιο και οι διαλυτές πρωτεΐνες ενσωματώνονται στο ασβεστοποιημένο στρώμα. Μέρος του ασβεστίου που εναποτίθεται κινητοποιείται για την ανάπτυξη και τον σχηματισμό του σκελετού του εμβρύου.

Προτεινόμενες μέθοδοι διαχωρισμού ασβεστοποιημένου κελύφους - μεμβράνης.

1.    Οι μεμβράνες διαχωρίζονται από το υπόλοιπο κέλυφος αφού πρώτα τα σπασμένα κελύφη ψιλοτεμαχιστούν.  Κατά τη διάρκεια αυτής της επεξεργασίας, η συνεκτική δομή μεταξύ της μεμβράνης και της θηλοειδούς στοιβάδας  μερικώς διαταράσσεται. Στη συνέχεια, τα σωματίδια των κελυφών μεταφέρονται σε μία συσκευή, η οποία απομονώνει τα δύο συστατικά με βάση τις διαφορές στο μέγεθος και το βάρος τους.  Η μέθοδος αυτή μπορεί να παρέχει προϊόντα συμπεριλαμβανομένων το ανθρακικό ασβέστιο, πρωτεΐνες, αμινοξέα, κολλαγόνο και άλλα σημαντικά υλικά.

2.   Θραύσματα κελυφών που λαμβάνονται από εγκαταστάσεις επεξεργασίας αυγών περνούν μέσα από μια σειρά θερμαινόμενων κοχλιών. Μόλις τα θραύσματα κελυφών φθάσουν στην κατάλληλη περιεκτικότητα σε υγρασία, το κενό τα τραβά σε μια συσκευή συμπιεσμένης περιδίνησης. Η συμπιεσμένη περιδίνηση διαχωρίζει περαιτέρω τα βαρύτερα κομμάτια κελυφών από τα ελαφρύτερα που αποτελούν την μεμβράνη του κελύφους. Αυτή η διαδικασία διαχωρισμού χρησιμοποιείται σε βιομηχανικό επίπεδο  και μπορεί εύκολα να διαχωρίσει αρκετούς τόνους κελυφών ημερησίως.  

3.     Το υλικό υποβάλλεται σε κύματα πίεσης ενώ διέρχονται διαμέσου ενός σωλήνα Venturi.  Μια συσκευή  PulverDryer (κονιορτοποίησης και ξήρανσης) ρυθμιζόμενη με ένα ροόμετρο Venturi κονιοποιεί το κέλυφος και εκκρίνει τη μεμβράνη ως ένα άθικτο ξηρό υλικό.  Τα δύο συστατικά αφού διαχωριστούν, η μεμβράνη καθαρίζεται χρησιμοποιώντας διάφορα πρότυπα καθαρισμού, ανάλογα με την τελική χρήση του προϊόντος.

4.    Μια απλή και οικονομική μέθοδος που βασίζεται στην διαφορική επίπλευση των θραυσμάτων ασβ. κελύφους και σωματιδίων μεμβράνης σε νερό και προτάθηκε από τον MacNeil. Η κατοχυρωμένη με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας μέθοδος αποτελείται από μια συσκευή για την απόξεση της μεμβράνης από το κέλυφος και μια δεξαμενή νερού, όπου το ασβεστοποιημένο κέλυφος και η  μεμβράνη διαχωρίζονται παθητικά. Τα σωματίδια του ασβεστοποιημένου κελύφους τείνουν να κατακάθονται στον πυθμένα της δεξαμενής και η μεμβράνη παραμένει στο υγρό. Μετά από αυτό, δύο συσκευές επικοινωνούν με τη δεξαμενή και είναι σε θέση  να ανακτούν το ασβεστοποιημένο κέλυφος και την μεμβράνη.

5.  Τα κελύφη των αυγών τοποθετούνται σε μια δεξαμενή υγρού, όπου εφαρμόζεται το φαινόμενο της «σπηλαίωσης»  για το διαχωρισμό της  μεμβράνης. Η δεξαμενή υγρού περιέχει αποσταγμένο νερό και οξικό οξύ. Επίσης, σε αυτή τη μέθοδο, συμπεριλαμβάνεται και διαδικασία κονιορτοποίησης του ασβεστοποιημένου τμήματος του κελύφους.

6.      Το Ευρωπαϊκό πρόγραμμα  SHELLBRANE

Ο σκοπός του προγράμματος ShellBrane είναι να αναπτυχθεί μια μέθοδος που να είναι σε θέση να διαχωρίζει τα δύο βασικά τμήματα του κελύφους του αυγού και η απολύμανση των τμημάτων του να γίνεται με έναν εύκολο και φιλικό προς το περιβάλλον τρόπο.

Η ευρωπαϊκή κοινοπραξία (Ουγγαρία –συντονιστής- , Ολλανδία, Ιταλία, Πολωνία, Εσθονία, Ισπανία) που ανέλαβε την υλοποίηση του ερευνητικού σχεδίου ανέπτυξε ένα πρότυπο που μπορεί να επεξεργαστεί τουλάχιστον 100 kg κελυφών / h,  και να αποδώσει υψηλής ποιότητας μεμβράνη και ασβεστοποιημένο κέλυφος. Το προτεινόμενο σύστημα αποτελείται από τρία βασικά  βήματα:

• Διαχωρισμός: Σε πρώτη φάση πραγματοποιείται η μηχανική κονιορτοποίηση του υλικού, και στη συνέχεια διαχωρίζεται το ασβεστοποιημένο τμήμα του κελύφους από την μεμβράνη με ένα  σύστημα που βασίζεται στο διαχωρισμό με βάση την πυκνότητα των υλικών.
•  Απολύμανση: Η διαδικασία  βασίζεται σε μια καινοτόμο τεχνολογία ήπιας απολύμανσης.  Αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιεί υπεριώδεις ακτίνες, οι οποίες διαπερνούν τη βακτηριακή μεμβράνη, μεταβάλλοντας το DNA τους, έτσι ώστε να μην μπορούν πλέον να αναπαραχθούν. Με το τρόπο αυτό διατηρείται η ποιότητα των κύριων συστατικών της  μεμβράνης.
• Ξήρανση:Στην περίπτωση της επεξεργασίας της μεμβράνης, η ξήρανση διεκπεραιώνεται από κοινού με τη μονάδα απολύμανσης και χρησιμοποιείται  ψυχρός αντί θερμός αέρας.Στην περίπτωση του ασβεστοποιημένου τμήματος του κελύφους  μπορεί να χρησιμοποιηθεί οποιοδήποτε σύστημα ξήρανσης που κυκλοφορεί στην αγορά.  

Με την ολοκλήρωση του προγράμματος, αναμένεται ότι το σύστημα θα αυτοματοποιηθεί πλήρως και θα μπορεί να επεξεργαστεί 1.000 κιλά προϊόντος την ώρα.

Ορισμένες πιθανές χρήσεις των συστατικών του κελύφους του αυγού.

• Το ασβέστιο του κελύφους των αυγών είναι ίσως η καλύτερη φυσική πηγή ασβεστίου και είναι περίπου 90% απορροφήσιμο. Θεωρείται πολύ καλύτερη πηγή ασβεστίου σε σχέση με  τη μαρμαρόσκονη ή τα κελύφη κοραλλιών. Η σύνθεση ενός κελύφους είναι παρόμοια με εκείνη των οστών και των δοντιών μας. Ερευνητές ανέφεραν ότι σε άτομα με οστεοπόρωση η κατανάλωση σκόνης από κέλυφος αυγού (με πρόσθετο μαγνήσιο και βιταμίνη D) έχει εξαιρετικά θετική επίδραση στην  οστική πυκνότητα. ^(*)

• Τα απορριπτόμενα κελύφη αυγών χρησιμοποιούνται συχνά ως λίπασμα για τα φυτά.  Η χρησιμοποίηση  των κελυφών των αυγών σαν  λίπασμα αποτελεί μια φθηνή και φιλική προς το περιβάλλον λύση.  Μια μελέτη έδειξε ότι η λίπανση με κελύφη αυγού  κόκκινου τριφυλλιού αύξησε κατά μέσο όρο 10 mm το μέγεθος  των φυτών.  Επίσης, απολυμασμένα κελύφη μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αύξηση της περιεκτικότητας του κομπόστ σε ανόργανα άλατα ή  όταν διασκορπίζονται  γύρω από φυτά, απομακρύνουν τους γυμνοσάλιαγκες και τα σαλιγκάρια.

• Χρησιμοποιούνται επίσης από τους καλλιτέχνες για τη δημιουργία ψηφιδωτών ή τη δημιουργία ανάγλυφης επιφάνειας σε έργα τέχνης με 3D εφέ.
  

• Κονιοποιημένα κελύφη αυγών μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην κατασκευή τσιμεντόλιθων αντικαθιστώντας την άμμο επειδή περιέχουν ανθρακικό ασβέστιο που δίνει στο τελικό προϊόν μεγαλύτερη σκληρότητα και αντοχή.

• Χρήσεις των μεμβρανών του κελύφους:  Η παρουσία υδροξυπρολίνης (αμινοξύ που βρίσκεται στο κολλαγόνο) στη μεμβράνη του κελύφους  έχει επιβεβαιωθεί από βιοχημικές και ανοσολογικές δοκιμές. Οι τύποι κολλαγόνου που υπάρχουν στη μεμβράνη είναι κυρίως οι  τύποι Ι, V και Χ.  Και τα τρία είδη του κολλαγόνου μπορεί να χρησιμοποιηθούν σε διάφορα πεδία. Το κολλαγόνο είναι ένας τύπος πρωτεΐνης, με ινώδη χαρακτηριστικά  που συνδέει και υποστηρίζει τους ιστούς του

  

  Ίνες κολλαγόνου

  σώματος όπως το δέρμα, τα οστά, τους τένοντες, τους μύες και τους χόνδρους. Υποστηρίζει επίσης τα εσωτερικά όργανα και προστατεύει δομές όπως το δέρμα εμποδίζοντας την απορρόφηση και εξάπλωση των παθογόνων ουσιών, των περιβαλλοντικών τοξινών, των μικροοργανισμών και των καρκινικών κυττάρων. Τα κολλαγόνα χρησιμοποιούνται ευρέως και ποικιλοτρόπως στις βιομηχανίες φαρμάκων, καλλυντικών και βιοτεχνολογίας.Το κολλαγόνο της μεμβράνης των κελυφών έχει αποδειχθεί ότι είναι υψηλής βιοασφάλειας με πολύ χαμηλό επίπεδο  αυτοάνοσων και αλλεργικών αντιδράσεων. Μελέτες διεξήχθησαν για να αξιολογηθεί η ασφάλεια και η αποτελεσματικότητα των φυσικών κελυφών μεμβράνης ως θεραπεία για τον πόνο και την δυσκαμψία που συνδέεται με τις αρθρώσεις και τον συνδετικό ιστό. Τα συμπεράσματά τους έδειξαν ότι η χορήγηση σε ασθενείς 500 mg / ημ. φυσικής μεμβράνης  κελυφών για οκτώ εβδομάδες μείωσε σημαντικά τον πόνο και την δυσκαμψία.  Τα αποτελέσματα  αποδόθηκαν στην επίδραση του κολλαγόνου, της γλυκοζαμίνης, του χονδροϊτίνη και του υαλουρονικού οξέος που υπάρχουν στη μεμβράνη των κελυφών. ^(*)  

• Ένα άλλο βασικό χαρακτηριστικό της σύνθεσης αμινοξέων της μεμβράνης των κελυφών είναι η υψηλή περιεκτικότητα σε κυστίνη (διμερές αμινοξύ). Στο ανθρώπινο σώμα, μετατρέπεται σε L-κυστεΐνη, η οποία είναι  σημαντική για τη σύνθεση κερατίνης, μιας πρωτεΐνης που βρίσκεται στο δέρμα, τα μαλλιά και τα νύχια. Επίσης ως μέρος της γλουταθειόνης προστατεύει το ήπαρ και βελτιώνει την αποτοξίνωση του ήπατος και των κυττάρων. Επιπλέον, η σύνδεση (χηλικά) με το ορυκτό σελήνιο βοηθά στην προστασία του οργανισμού από τις επιπτώσεις της υπεριώδους ακτινοβολίας και την απομάκρυνση τοξικών μετάλλων από το σώμα. ^(*)

                                                                                                                                                                         

^(*) Οι ισχυρισμοί υγείας στο παρόν άρθρο αναπαρήχθησαν κυρίως από το  review του A.M. King’ori με θέμα «Uses of Poultry Eggshells and Shell Membranes». Σε καμία περίπτωση δεν υιοθετούνται από τον γράφοντα.  Αναφέρονται στο άρθρο ως “πιθανές χρήσεις” και θα πρέπει να ληφθούν υπόψη εφόσον και εάν αποδειχθεί οριστικά η επιστημονική τους ορθότητα.  Εάν για λόγους ενημέρωσης  θέλετε να αξιολογήσετε κάποιους ισχυρισμούς υγείας που αναφέρονται στο παρόν άρθρο, μια καλή πηγή  ενημέρωσης είναι το site : https://examine.com/supplements/Type+II+Collagen/ .

Πηγές

·        Recent Patents on Eggshell: Shell and Membrane Applications, Cristianne M.M. Cordeiro and Maxwell.T. Hincke, Recent Patents on Food, Nutrition & Agriculture, 2011, 3, 1-8

·        Structure and composition of eggshell and membrane, Abid Hussain, A thesis, 2009.

·        A Review of the Uses of Poultry Eggshells and Shell Membranes,  A.M. King’ori, International Journal of Poultry Science 10 (11): 908-912, 2011

·        Eggshell matrix proteins and natural defences of the egg,  J. Gautron and Y. Nys, 2006 Symposium COA/INRA Scientific Cooperation in Agriculture, Tainan (Taiwan, R.O.C.), November 7-10

·        The eggshell: structure, composition and mineralization, Maxwell T. Hincke1, Yves Nys2, Joel Gautron2, Karlheinz Mann3, Alejandro B. Rodriguez-Navarro4, Marc D. McKee,  Frontiers in Bioscience 17, 1266-1280, January 1, 2012

·        Handling and Treatment of Poultry Hatchery Waste: A Review, Phil Glatz *, Zhihong Miao and Belinda Rodda, Sustainability 2011, 3, 216-237; doi:10.3390/su3010216

·        Final Report Summary - SHELLBRANE (Separating eggshell and its membrane to turn eggshell waste into valuable source materials) : http://shellbrane.eu/