ضایعات خرما یکی از بزرگ‌ترین بخش تولید ضایعات کشاورزی در ایران است که می‌توان با مدیریت ضایعات، محصولات جانبی کاربردی و باارزشی تولید کرد.
در خاورمیانه و شمال آفریقا، خرما یک محصول سنتی و با ارزش اقتصادی است که نقش اساسی در رژیم غذایی روزانه مردم دارد.
تولید میوه خرما و صنعت فرآوری مربوطه مقدار زیادی زباله تولید می‌کند. برای مثال، در صنعت آب میوه‌گیری خرما تقریباً 17 تا 28 درصد دورریز تولید می‌شود که عمدتاً در زمین‌های باز و زهکش‌ها دور ریخته می‌شود.
در حالی که بخش زیادی از میوه خرما برداشت شده به صورت تازه مصرف می‌شود، خرمای با کیفیت پایین‌تر در صنایع تبدیلی برای تولید محصولاتی مانند آب میوه، مربا، ژله، پودر، شربت و غیره استفاده می‌شود.
رسیدن بیش از حد، حملونقل خشن، نگهداری نامناسب، آلودگی و بسته‌بندی نامناسب می‌تواند باعث شود تا 20 درصد از تولید سالانه میوه خرما در طی فرآیند پس از برداشت از بین برود.
همچنین باقیمانده‌های خرما مانند دانه‌های خرما، کیک خرما (DPC) و خرماهای از بین رفته توسط صنایع فرآوری شده و به عنوان خوراک دام استفاده می‌شوند.
این باقیمانده‌ها سرشار از کربوهیدرات‌ها، فیبرهای غذایی، آنتی‌اکسیدان‌ها و ترکیبات فنلی هستند که آن‌ها را به خوراک مناسبی برای فرآوری انواع محصولات با ارزش افزوده تبدیل می‌کند.
ردپای آب خرما در ایران حدود 2437 میلیون متر مکعب در سال است، در حالی که ارزش کلی ردپای آب برای خرمای خشک تا 8.6 متر مکعب بر کیلوگرم برآورد شده است.
در نتیجه، حجم زیادی از بقایای تولید شده توسط صنعت فرآوری خرما در صورت عدم ارزش‌گذاری کارآمد، هدر دادن غیرمستقیم آب و زمین‌های زراعی است.
بیش از 2000 رقم مختلف خرما در سرتاسر جهان شناسایی شده است که از نظر خصوصیات فیزیکی و ترکیبی متفاوت هستند.
خرما میوه‌ای بیضی شکل است که بسته به گونه و مرحله رسیدن رنگ آن از قرمز تیره تا زرد متمایل است. دانه‌ای که به عنوان هسته یا گودال نیز شناخته شده، در وسط میوه خرما یافت می‌شود که توسط یک لایه نازک از اندوکارپ پوشانده شده است و توسط خمیر (mesocarp) و یک لایه نازک گوشت (Epicarp) احاطه شده است.
رسیدن خرما در پنج مرحله بلوغ شامل حبابوک، کیمری، خلال، رطب و تامار است که در طی مراحل رسیدن و بلوغ، تغییرات بیرونی و داخلی در میوه، محتوای قند، بافت و ترکیب شیمیایی رخ می‌دهد.
خرما بیشتر به عنوان میوه تازه در مرحله تامار مصرف می‌شود. با این حال، آن‌ها همچنین می‌توانند در مراحل خلال و رطب مصرف شوند.
کربوهیدرات‌های موجود در میوه‌های خرما مانند قندهای محلول (گلوکز، فروکتوز و ساکارز) و فیبر غذایی (سلولز، همی سلولز، پکتین و فروکتان‌ها) مهم‌ترین ترکیبات هستند.
محتوای بالای کربوهیدرات در خرما آن را به یک منبع تغذیه و انرژی با ارزش تبدیل می‌کند. مطالعات قبلی نشان داده‌اند که قندهای غالب در خرما فروکتوز و گلوکز هستند و بخش‌های ساکارز کوچک برای واریته‌های مختلف متفاوت است.
میوه خرما حاوی مقدار قابل توجهی فیبر غذایی است. فیبر غذایی بخشی خوراکی از مواد گیاهی متشکل از کربوهیدرات‌های ساختاری و لیگنین است که توسط انسان قابل هضم نیست.
اسیدهای آمینه ضروری غالب در خرمای تازه و خشک شامل لیزین و لوسین است، در حالی که اسیدهای آمینه غیر ضروری پرولین، گلوتامیک، آسپارتیک و گلیسین هستند. خرما همچنین منبع خوبی از ویتامین‌های محلول در آب، از جمله B1، B2، B9، A و C در مقادیر متوسط است.
صنعت و محصولات فرآوری میوه خرما
خرما مستقیماً به‌عنوان میوه تازه مصرف می‌شود یا به‌عنوان محصولات متنوعی از جمله خرمای خشک، شربت، کنسانتره، آبمیوه، مربا، آب نبات، ترشی و غیره فرآوری می‌شود. میوه‌های خرمای برداشت شده برای افزایش دوام، بازاریابی بهتر، هزینه‌های انتقال کمتر و نگهداری بهتر درمان می‌شوند.
درمان‌های رایج شامل بخور، تمیز کردن یا شستن، خشک‌کردن، دسته‌بندی و درجه‌بندی است.
بخور یک روش کنترل آفات و آلودگی است که معمولاً با استفاده از یک ماده بخور شیمیایی شامل گاز متیل‌بروماید، دی‌سولفیدکربن، اسید هیدروسیانیک، فستوکسین و اکسیداتیلن یا استفاده از سایر روش‌های ضدعفونی حشرات مانند عملیات حرارتی یا انجماد انجام می‌گیرد که با هدف نظافت، حذف گردوغبار، کثیفی و سایر مواد خارجی از خرما با استفاده از روش‌های مختلف مانند پاشش آب با دست ساده در سبدها تا سیستم‌های مکانیزه تمیزکردن خشک یا مرطوب برای عملیات گسترده‌تر است.
مرتب‌سازی در دو مرحله مرتب‌سازی اولیه برای حذف خرماهای فاسد و مواد خارجی انجام می‌شود و به دنبال آن دسته‌بندی نهایی به نمرات مورد نیاز بازار انجام می‌شود.
در فرآیند مرتب‌سازی، خرماها بر اساس کیفیت آن‌ها به چهار درجه، یعنی اول، دوم، سوم و حذف دسته‌بندی می‌شوند.
درجه چهار، کمترین درجه‌ای هستند که برای خوراک دام استفاده می‌شود و درجه 3 ممکن است برای فرآوری خرما استفاده شود، در حالی که درجه اول و دوم به عنوان میوه تازه مصرف می‌شود.
مرحله نهایی، بسته‌بندی خرما است که با بسته‌بندی مناسب با استفاده از ظروف ضدحشرات در زیر نیتروژن یا خلاء که خرما را از رطوبت محافظت می‌کند، ماندگاری را حفظ کرده و از هجوم حشرات در حین نگهداری و حملونقل جلوگیری می‌کند.
خرماهای با کیفیت پایین که پس از عملیات مرتب‌سازی جمع‌آوری می‌شوند به عنوان خوراک در صنعت فرآوری خرما برای تولید محصولات فوق استفاده می‌شوند. خمیر خرما یک شیرین‌کننده طبیعی است که می‌تواند به عنوان یک جایگزین سالم برای شکر در صنایع شیرینی‌پزی و نانوایی استفاده شود.
خمیر خرما توسط خرمای بدون هسته در مرحله رام‌کننده تهیه می‌شود که ابتدا در آب داغ خیسانده یا بخارپز می‌شود و سپس با آسیاب‌کردن به خمیر تبدیل می‌شود. خرمای نارس و با کیفیت پایین ممکن است برای تولید شیره غلیظ خرما استفاده شود زیرا میوه منبع خوبی از گلوکز و فروکتوز است.
محصول فرعی اصلی صنعت استخراج شیره خرما DPC است، شربت خرما که غلیظتر از شیره خرما است و یکی از پرطرفدارترین فرآورده‌ها در صنعت فرآوری خرما به شمار می‌رود.
از آنجایی که خرما حاوی مقدار قابل توجهی مواد مغذی مناسب برای رشد میکروبی است، به عنوان یک بستر بالقوه برای فرآیندهای تخمیر در نظر گرفته می‌شود.
شراب خرما، الکل، اسیدهای آلی، آنتی‌بیوتیک‌ها، مخمر نانوایی و پروتئین‌های تک سلولی محصول فرآیندهای تخمیر هستند که از شکر خرما به عنوان بستر استفاده می‌کنند.
یکی از مهم‌ترین محصولات تخمیر میوه خرما، سرکه است. تحقیقات مختلف ویژگی‌های سرکه خرمای تولید شده با روش تخمیر دو مرحله‌ای را مورد بررسی قرار داده‌اند.
خرماهای با کیفیت پایین را می‌توان به عنوان بستری برای پردازش مخمر نانوایی، بیشتر به عنوان منبع کربن ارزان برای مخمر استفاده کرد.
ضایعات پردازش خرما
مقادیر زیادی ضایعات در طول فرآوری میوه خرما تولید می‌شود، تخمین زده شده است که بیش از 30 درصد از میوه خرمای برداشت شده در الجزایر در طول مراحل پس از برداشت، از جمله فشرده‌سازی، جداسازی، ذخیره‌سازی، حملونقل و بازاریابی از بین می‌رود.
پسماندهای دور ریخته شده از صنایع تبدیلی خرما را می‌توان به سه نوع دسته‌بندی کرد. اولین مورد، میوه‌ای است که در طی فرآیند جداسازی دور انداخته می‌شود زیرا نابالغ یا پوسیده با بافت نامناسب، فاسد شده یا آلوده به حشرات است.
نوع دوم، بذرهای حاصل از جدا کردن خرما و سومین ضایعات تولید شده توسط صنایع‌تبدیلی مانند آب میوه‌گیری و تولید شربت خرما که معمولاً به عنوان DPC شناخته می‌شود، است.
ضایعات خرما دارای رطوبت بالایی است و حاوی مقدار قابل توجهی از ترکیبات آلی زیست تخریب‌پذیر است که مستقیماً منجر به آلودگی محیطی در حین دفع شده و منجر به تولید شیرابه و انتشار بو می‌شود.
دفع نامناسب چنین زباله‌هایی در محیط زیست، نه تنها منجر به خطرات زیست محیطی اجتناب ناپذیر می‌شود، بلکه با تسهیل رشد باکتری‌ها، آفات و موش‌ها، خطر ابتلا به بیماری‌ها را نیز افزایش می‌دهد.
با این حال، از منظری دیگر، ضایعات صنعت فرآوری خرما، منبع ایده‌آلی از مواد مغذی مانند قندها، فیبر، پروتئین‌ها، مواد معدنی و ویتامین‌ها است که آن را به یک ماده اولیه بالقوه برای بسیاری از فرآیندهای زیستی تبدیل می‌کند.
دانه خرما 11 تا 18 درصد وزن میوه خرما را تشکیل می‌دهد، مقادیر زیادی دانه خرما از صنعت فرآوری خرما به دست می‌آید که بخش کوچکی از آن به عنوان خوراک دام یا گاهی اوقات به عنوان یک ماده غذایی استفاده می‌شود، در حالی که بخش عمده آن به عنوان ضایعات دور ریخته می‌شود.
خرما یک ماده غنی از کربن است که حاوی لیگنین، سلولز، همی سلولز و پروتئین و همچنین دارای محتوای اسید چرب بالا مانند اسید اولئیک است.
چندین مطالعه نشان داده‌اند که دانه خرما یک ماده اولیه بالقوه برای روغن زیستی است.
DPC محصول جانبی اولیه شربت خرما یا صنایع آبمیوه است که پس از استخراج باقی می‌ماند، روزانه مقادیر زیادی DPC تولید می‌شود زیرا آب‌گیری خرما تقریباً 17 تا 28 درصد DPC را ایجاد می‌کند که عمدتاً به عنوان خوراک دام استفاده می‌شود یا در زمین‌های باز و زه‌کشی تخلیه می‌شود.
DPC یک ماده الیافی با رطوبت بالا است که حاوی تفاله خرما و قندهای باقیمانده، با یا بدون حفره است که به آسانی قابل تخمیر است و باعث مشکلات جدی مدیریت زباله می‌شود.
رویکردهای مختلف تبدیل ضایعات خرما به محصولی باارزش
بر اساس ویژگی‌های ترکیبی ذکر شده قبلی در ضایعات فرآوری خرما، پتانسیل زیادی برای تولید محصولات جدید از چنین جریان باقی‌مانده‌ای وجود دارد.
تبدیل ضایعات خرما به محصولات با ارزش یک رویکرد بلند مدت است که مزایای زیست محیطی و اقتصادی را ارائه می‌دهد و در عین حال مشکلات مربوط به مدیریت سنتی ضایعات خرما را نیز کاهش می‌دهد. محصولات به دست آمده از DPC از طریق روش‌های مختلف تبدیل می‌شوند.
کربن فعال
کربن فعال به عنوان یک جاذب جذاب برای حذف آلاینده‌های مختلف از سیستم‌های آبی در نظر گرفته شده است. در سال‌های اخیر، زباله‌های کشاورزی به عنوان یک پیش‌ساز تجدیدپذیر و نسبتاً کم‌هزینه برای تولید کربن فعال کشف شده است که می‌تواند به طور بالقوه زباله‌ها را به ثروت تبدیل کند.
نانوذرات اکسید روی (ZnO NPs)
نانوذرات ذرات در مقیاس نانومتری با خواص نوری، مغناطیسی، مکانیکی، الکتریکی و الکترونیکی بهبود یافته به دلیل نسبت سطح بالای آن‌ها به حجم هستند.
نانوذرات در حال حاضر در طیف گسترده‌ای از محصولات تجاری، از جمله موادشیمیایی، پزشکی، غذای انسانی، خوراک حیوانات و لوازم آرایشی استفاده می‌شوند. نانوذرات ZnO به دلیل هزینه پردازش پایین، سهولت آماده‌سازی و ایمنی و همچنین طیف خاصی از خواص مانند فعالیت کاتالیزوری، قابلیت فتوشیمیایی، اثرات اصلاحی، اثر قارچ‌کشی و ضد باکتریایی، بسیار ارزشمند هستند.
امروزه، میکروارگانیسم‌ها و گیاهان برای سنتز نانوذرات از طریق یک روش سازگار با محیط زیست، کم هزینه، تجدیدپذیر و سبز استفاده می‌شوند.
افزودنی طبیعی برای تولید صابون
رادیکال‌های آزاد روی پوست که می‌توانند باعث پیری زودرس شوند را می‌توان با یک صابون غنی‌شده با آنتی‌اکسیدان از بین برد.
آنتی‌اکسیدان‌ها در بهبود ظاهر پوست و حفظ سلامت پوست مفید هستند، میوه خرما و ضایعات آن همانطور که قبلا ذکر شد سرشار از آنتی‌اکسیدان هستند.
این ویژگی استفاده از آن را در صنعت آرایشی مناسب می‌کند. رامبابو و همکاران (2020c) از ضایعات زیست توده شربت خرما (DSW) جمع‌آوری شده از صنعت محلی شربت خرما در امارات به عنوان مواد زائد غنی از آنتی‌اکسیدان و جایگزینی برای مواد شیمیایی سنتز شده در فرآیند تولید صابون استفاده کرد.
در نسبت خوراک به حلال 120 گرم در لیتر و 30 درجه سانتی گراد، DSW خرمای خالص با استفاده از آب به عنوان حلال استخراج شد که منجر به حداکثر فعالیت آنتی‌اکسیدانی 605 ppm GAE شد.
عصاره DSW غنی از آنتی‌اکسیدان برای بررسی بهبود ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی صابون‌های مختلف تهیه‌شده از روغن‌های گیاهی مختلف از جمله روغن نخل، روغن نارگیل و روغن زیتون تفاله اضافه شد که خواص ضدباکتریایی آن در همه صابون‌ها بهبود یافت.
این فرصت جدیدی را برای صنعت شربت خرما ایجاد می‌کند و به آن اجازه می‌دهد تا زیست توده DSW را به طور مؤثرتری به منبعی با ارزش برای تولید صابون‌های غنی از آنتی‌اکسیدان با ارزش درآمد بالا تبدیل کند.
محصولات زیستی با ارزش افزوده حاصل از پردازش زیستی DPC
قندهای قابل تخمیر و فیبر غذایی موجود در ضایعات فرآوری خرما می‌توانند به عنوان منبع کربن و مواد مغذی برای تولید ارزش افزوده استفاده شوند.
اسید سیتریک
اسید سیتریک که متعلق به خانواده اسیدهای کربوکسیلیک است، پرمصرف‌ترین اسیدآلی در صنایع غذایی و دارویی است.
اسید سیتریک را می‌توان به طور طبیعی از مرکبات به دست آورد، به صورت شیمیایی سنتز یا از طریق فرآیند تخمیر تولید کرد.
پوست مرکبات، سیب، تفاله انگور و سایر بقایای کشاورزی را می‌توان به عنوان خوراک در فرآیند تخمیر اسید سیتریک استفاده کرد.
اسید لاکتیک (LA)
اسید لاکتیک، یک اسید هیدروکسی کربوکسیلیک است که می‌تواند به صورت شیمیایی یا تخمیر تولید شود. LA بیشتر در تولید مواد غذایی و همچنین در صنایع دارویی، آرایشی و بهداشتی و شیمیایی استفاده می‌شود.
تبدیل زباله‌های زیستی به LA موضوع بسیاری از مطالعات بوده است، نتایج نشان می‌دهد که ضایعات خمیر خرما همچنین یک ماده خام جایگزین جذاب برای پردازش تخمیر تاریک LA است.
اسیدهای چرب فرار (VFAs)
اسیدهای چرب فرار (VFAs) کربوکسیلات‌هایی با وزن مولکولی کم با 2 تا 6 اتم کربن هستند که به طور سنتی از نفت تولید می‌شوند.
VFAها به عنوان منبعی برای تولید طیف وسیعی از محصولات مهم توسعه یافته‌اند که در حال حاضر عمدتاً از مواد اولیه فسیلی استخراج می‌شوند.
VFAها را می‌توان به صورت جداگانه به عنوان ماده اولیه در بخش‌های دارویی، آرایشی، غذایی و پتروشیمی استفاده کرد.
مخلوط VFAها همچنین در تولید پلاستیک‌های زیست‌تخریب‌پذیر و سوخت‌های زیستی و همچنین در کارخانه‌های تصفیه فاضلاب برای حذف نیتروژن و فسفر استفاده می‌شود.
قندهای خالص مانند گلوکز و ساکارز و همچنین ضایعات غنی از آلی مانند ضایعات کشاورزی ممکن است در روش‌های بیولوژیکی برای تخمیر VFA استفاده شوند. VFAها همچنین از ضایعات آلی از طریق هضم بی‌هوازی ساخته می‌شوند که شامل هیدرولیز، اسیدزایی و استوژنز با استفاده از کشت میکروبی مخلوط می‌شود.
VFAها به عنوان متابولیت‌های واسطه در فرآیندهای هضم بی‌هوازی در نظر گرفته می‌شوند که محصول نهایی آن بیوگاز است.
با این حال، جداسازی و بازیابی VFAها از اجزای مخلوط مانند میکروارگانیسم‌ها و ذرات جامد و همچنین تغلیظ و جداسازی VFAها از محلول‌های اسید رقیق تولید شده در فرآیندهای AD، یک چالش کلیدی در تولید VFA است.
اسید گلوتامیک (GA)
گلوتامیک اسید (GA) یک اسید آمینه‌ای که در پروتئین‌های حیوانی و گیاهی وجود دارد. معمولاً GA به صورت شیمیایی سنتز می‌شود، اما تولید GA از طریق تخمیر در سال 1957 معرفی شد و اکنون روش استاندارد پردازش است.
نشان داده شده است که ضایعات خرما یک بستر مناسبی برای تولید GA است.
اسیدهای چرب غیراشباع چندگانه (PUFA)
اسیدهای چرب غیراشباع (PUFA)، اسیدهای چرب با بیش از یک پیوند دوگانه در ساختار مولکولی خود هستند. اولین پیوند دوگانه که در کربن سوم یا ششم انتهای متیل یافت می‌شود، نشان‌دهنده دو گروه عمده PUFA است.
اگر آن‌ها در یک رژیم غذایی متعادل استفاده شوند، دارای تعدادی از مزایای سلامتی از جمله کاهش خطر بیماری‌های مزمن، چاقی و سرطان هستند.
PUFA ها به طور طبیعی در روغن ماهی، آجیل کاج، گردو، تخمه آفتابگردان و زرده تخم مرغ یافت می‌شوند، تکنیک‌های تخمیر برای تولید PUFA های مطلوب به دلیل افزایش تقاضا، محدودیت منابع و دشواری استخراج استفاده می‌شود.
پروتئین تک سلولی
با افزایش جمعیت جهان، بازار مواد غذایی با کیفیت بالا و غنی از پروتئین برای انسان و خوراک دام به رشد خود ادامه خواهد داد. نشان داده شده است که SCP که توسط میکروارگانیسم‌هایی از جمله قارچ‌ها، باکتری‌ها، مخمرها و جلبک‌ها تشکیل می‌شود، جایگزین مناسبی برای منابع پروتئینی پرهزینه‌تر مانند ماهی است.
پژوهشگران، SCP را از ضایعات خرمای جمع‌آوری شده از یک شرکت تولید شربت خرما در امارات تولید کردند.
پروتئاز قلیایی
پروتئاز به دلیل کاربرد گسترده آن در بخش های شوینده و لبنیات، یکی از مهم‌ترین آنزیم‌ها است که بیش از 60 درصد از کل درآمد جهانی آنزیم را به خود اختصاص می‌دهد.
پروتئازهایی که در محدوده pH خنثی تا قلیایی فعال هستند به عنوان پروتئازهای قلیایی شناخته می‌شوند، پروتئاز می‌تواند از انواع میکروارگانیسم‌ها از جمله باکتری‌ها، کپک‌ها و مخمرها تولید شود.
