Waste-to-nutrition: a review of current and emerging conversion pathways
Déchets pour produits nutritifs: une revue des itinéraires technologiques actuels et émergents
Résumé
Residual biomass is acknowledged as a key sustainable feedstock for the transition towards circular and low fossil carbon economies to supply whether energy, chemical, material and food products or services. The latter is receiving increasing attention, in particular in the perspective of decoupling nutrition from arable land demand. In order to provide a comprehensive overview of the technical possibilities to convert residual biomasses into edible ingredients, we reviewed over 950 scientific and industrial records documenting existing and emerging waste-to-nutrition pathways, involving over 150 different feedstocks here grouped under 10 umbrella categories: (i) wood-related residual biomass, (ii) primary crop residues, (iii) manure, (iv) food waste, (v) sludge and wastewater, (vi) green residual biomass, (vii) slaughterhouse by-products, (viii) agrifood co-products, (ix) C 1 gases and (x) others. The review includes a detailed description of these pathways, as well as the processes they involve. As a result, we proposed four generic building blocks to systematize waste-to-nutrition conversion sequence patterns, namely enhancement, cracking, extraction and bioconversion. We further introduce a multidimensional representation of the biomasses suitability as potential as nutritional sources according to (i) their content in anti-nutritional compounds, (ii) their degree of structural complexity and (iii) their concentration of macro-and micronutrients. Finally, we suggest that the different pathways can be grouped into eight large families of approaches: (i) insect biorefinery, (ii) green biorefinery, (iii) lignocellulosic biorefinery, (iv) nonsoluble protein recovery, (v) gas-intermediate biorefinery, (vi) liquid substrate alternative, (vii) solid-substrate fermentation and (viii) more-out-of-slaughterhouse by-products. The proposed framework aims to support future research in waste recovery and valorization within food systems, along with stimulating reflections on the improvement of resources' cascading use.
Il est admis que la biomasse résiduaire sera une nouvelle matière première clef dans la future économie circulaire à bas carbone fossile, à la fois pour la production d'énergies, de molécules pour la chimie, des matériaux, des produits ou services alimentaires. La production d'aliments à partir de résidus est de plus en plus étudiée, notamment dans l'objectif de découpler la production alimentaire de l'utilisation des terres arables. Pour fournir une analyse exhaustive des possibilités techniques permettant de transformer la biomasse résiduaire en ingrédients alimentaires, nous avons examiné 950 documents (articles scientifiques et documents professionnels) décrivant des itinéraires de transformation "déchets aux produits nutritifs" actuels et émergents impliquant plus de 150 matières premières différentes qui sont groupées dans cet article sous 10 macro-catégories : (i) résidus issus de la production sylvicole, (ii) résidus des grandes cultures agricoles (iii) fumier (iv) déchets alimentaires (v) boues d’épuration et eaux résiduaires (vi) biomasse verte (vii) coproduits des abattoirs (viii) co-produits de la transformation alimentaire (ix) des gaz C1 et (x) autres résidus organiques. Cette revue fournit une description détaillée de ces itinéraires et les procédés utilisés. L'analyse a permis de proposer quatre briques génériques qui servent à générer des représentations des différents itinéraires. Ces briques sont le renforcement, le fractionnement, l'extraction et la bioconversion. De plus, nous proposons une représentation multidimensionnelle de l'aptitude des biomasses à servir comme sources de produits nutritifs. Cette représentation tient compte de (i) la teneur en composés anti-nutritifs (ii) la complexité structurale et (iii) la concentration en macro- et micro-nutriments. Enfin, nous postulons que les différents itinéraires puissent être regroupés en huit familles technologiques (i) bioraffinerie des insectes (ii) bioraffinerie verte (iii) bioraffinerie des lignocelluloses (iv) la production de protéines insoluble (v) la bioraffinerie des matières gazeuses (C1) (vi) le substrat liquide alternatif (vii) la fermentation en phase solide et (viii) la valorisation des coproduits des abattoirs. Il est escompté que ce cadre conceptuel servira comme support pour des futurs travaux de recherches visant la récupération et la valorisation dans le système alimentaire des matières résiduaires d'origines biologiques. De plus, nous espérons que nos propositions stimuleront de nouvelles recherche sur la valorisation en cascade des ressources résiduaires.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)