Как Нигерия может превратить огромные отходы кешью в ценный лимонную кислоту

Нигерия — шестой по величине производитель орехов кешью в мире — экспортирует более 80% сырого кешью, в основном во Вьетнам и Индию, где его перерабатывают в различные потребительские товары, такие как масло, пищевые и косметические ингредиенты.

Однако самая густонаселенная страна Африки может извлечь больше экономической выгоды из кешью, используя его отходы для производства лимонной кислоты.

Кешью — тропическое дерево, культивируемое ради плода (орех кешью) и псевдоплода (яблоко кешью). Орех — основная причина выращивания кешью, он очень питателен. Сочная часть "яблока" дает сок, богатый витаминами и минералами.

Но сок также содержит много антинутриентов — соединений, которые препятствуют усвоению питательных веществ организмом. Они также делают сок менее вкусным. Из-за этого яблоки кешью в основном выбрасывают.

Мякоть яблока, скорлупа и жидкость из скорлупы — все это отходы или недозагруженные материалы. Тем не менее, это ценные материалы, и их можно улучшить с помощью биотехнологий.

Мы проводили исследования потенциала производства лимонной кислоты из сока кешью. Это была первая в мире попытка произвести лимонную кислоту из сока кешью. Лимонная кислота широко используется для консервации крови, лекарств, а также в обработанных пищевых продуктах и напитках. Ее мировая стоимость, как ожидается, достигнет 4 млрд долларов США в 2027 году.

Мы использовали кешью из Огбомосо на юго-западе Нигерии — региона, который производит одни из лучших орехов кешью в стране.

Кешью в Нигерии

Ежегодно Нигерия собирает от 200 000 до 240 000 метрических тонн сырых орехов кешью, и около 85% этого объема экспортируется. Нигерия не отличается от других африканских стран, которые экспортируют основную часть своей продукции в виде сырых орехов.

Африка с производством в 2 334 405 тонн является крупнейшим в мире производителем и экспортером сырых орехов кешью, на долю которого приходится более 50% производства. В период с 2000 по 2018 год мировая торговля сырым кешью более чем удвоилась до 2,1 млн тонн, и африканские производители — во главе с Кот-д'Ивуаром — обеспечили почти две трети этого роста. В 2020 году торговля орехами кешью оценивалась в 6,87 млрд долларов США.

Выращивание кешью вносит в экономику Нигерии около 24 млрд найр (около 58 млн долларов США) ежегодно. В этом секторе занято более 600 000 человек.

Сектор мог бы делать больше. Наша работа показывает, что лимонную кислоту можно производить из сока яблока кешью, которого в Нигерии в изобилии. Внутреннее производство позволило бы Нигерии сэкономить 31 млн долларов США в год в иностранной валюте, исходя из импорта лимонной кислоты за 2020 год.

Нигерия может производить лимонную кислоту из сока яблока кешью, используя биотехнологию — науку об использовании биологических процессов для производства ценных материалов и услуг. Например, человек использует некоторые бактерии для превращения молока в йогурт. Дрожжи используются в производстве хлева с помощью биотехнологии. Стоимость биотехнологической продукции в 2020 году составила 752,88 млрд долларов США с прогнозируемым ростом на 15,83% в 2021–2028 годах.

Отходы кешью также можно превратить в богатство, создавая новые продукты. Например, жидкость из скорлупы ореха кешью дает химические вещества, которые можно использовать при производстве красок, лаков, агрохимикатов и лекарств. Скорлупа и мякоть используются в биотехнологии для производства кормов для животных и биоэтанола. Биотехнология также может превратить сок в напитки и этанол.

Лимонная кислота из кешью

В наших усилиях по повышению ценности кешью мы сосредоточились на недозагруженном соке яблока кешью и стремились проверить возможность производства из него лимонной кислоты.

Спрос на лимонную кислоту растет из-за ее полезности в пищевой, фармацевтической и косметической промышленности. Требуются новые источники питательных веществ для выращивания микроорганизмов, производящих лимонную кислоту.

Питательные вещества в соке и мякоти кешью поддерживают рост микроорганизмов.

Мы впервые в мире использовали сок яблока кешью для выращивания черной плесени с целью производства лимонной кислоты. Черная плесень — это грибок, широко распространенный в окружающей среде. При росте он производит черные споры. Его научное название — Aspergillus niger.

Эта плесень растет на простых и дешевых материалах. Ее используют для производства лимонной кислоты с 1919 года. Она применяется для производства различных продуктов, включая ферменты, белки и корма для животных. Она известна как микроорганизм, внесший огромный вклад в биотехнологию за 100 лет.

Лучший из местных штаммов черной плесени потреблял сок и производил лимонную кислоту в больших количествах. Он производил 92,8 г лимонной кислоты на литр сока после 10 дней роста. Этот выход считается очень высоким по сравнению с ранее зарегистрированными.

Мы использовали эту лимонную кислоту для коагуляции соевого молока с целью производства сыра. Лимонная кислота используется в качестве коагулянта при производстве сыра. Мы попросили группу экспертов оценить качество сыра. Они обнаружили, что соевый сыр обладает лучшими характеристиками, чем сыры, произведенные местным способом с использованием ферментированной кукурузной браги. К ним относятся лучший цвет, текстура, вкус и плотность.

Затем мы использовали научные методы для увеличения производства лимонной кислоты. Мы манипулировали условиями роста плесени и применяли наноматериалы в ее питании. Это был первый в мире отчет об увеличении производства лимонной кислоты с применением нанотехнологий.

В разное время мы использовали четыре метода для улучшения возможностей плесени:

1. Получение высокоурожайной плесени путем воздействия радиации.
2. Добавление сахара в сок для изучения его влияния на выход лимонной кислоты.
3. Оценка влияния добавления наночастиц оксида цинка на производство лимонной кислоты.
4. Определение наилучших условий роста для поддержки производства лимонной кислоты нашей плесенью.

Эти усилия увеличили производство лимонной кислоты плесенью в соке кешью примерно в 2,38–11,98 раз по сравнению с исходным производством. Например, добавление наночастиц оксида цинка дало выход 34,62% лимонной кислоты в день. Наилучшие условия роста обеспечили 92,61% лимонной кислоты в день. Эти результаты показали, что мы можем повысить продуктивность плесени для увеличения коммерческого производства лимонной кислоты.

Дальнейшие шаги

Крупномасштабное производство лимонной кислоты с использованием сока яблока кешью может обеспечить несколько преимуществ:

• Повысить ценность выращивания кешью и увеличить доход от этой культуры.
• Уменьшить экологическую проблему утилизации яблок кешью.
• Усилить потенциал Нигерии по локальному производству лимонной кислоты.
• Стимулировать экономику и сберечь валютные резервы.