From Food Protein Waste to Valuable Materials: Recovery and Valorization of Collagen and Keratin

In recent decades, an accelerated increase in global food production has resulted in loss or waste of nearly one-third of produced food contributing significantly to environmental degradation, climate change, resource scarcity, and pollution. This issue does not only represent a major environmental concern, but it also has social and economic implications. Addressing this challenge requires a change towards an efficient global food production system and a reduction in food waste. To offer a compelling solution to mitigate the environmental impact of protein waste, this literature review explores the potential of a circular economy to recover and valorize food protein waste, focusing on collagen and keratin. These proteins can have diverse applications across different fields such as pharmaceutical, biomedical, food, cosmetics, and more. Various extraction methods for collagen and keratin are discussed, emphasizing the importance of employing environmentally conscious techniques to achieve optimal recovery. A comprehensive analysis of each extraction method is presented, providing insights into their specific purposes, inherent advantages, associated disadvantages, and overall performance. Furthermore, electrospinning is highlighted as a promising technology to transform recovered collagen and keratin into nanofibers. These nanofibers demonstrate enhanced physicochemical and mechanical properties which are particularly relevant in biomedical and pharmaceutical applications, especially in wound healing and tissue regeneration. Additionally, laboratory analyses like zeta-potential, FT-IR, dynamic light scattering, and optical microscopy under polarized light were conducted in an ongoing research project focused on the circular economy of keratin extracted from feather waste. All this comprehensive exploration contributes significantly towards a more sustainable and efficient circular economy by preventing the loss of valuable properties and reducing food waste.

Negli ultimi decenni, un aumento accelerato della produzione alimentare globale ha comportato la perdita o lo spreco di quasi un terzo del cibo prodotto, contribuendo in modo significativo al degrado ambientale, al cambiamento climatico, alla scarsità di risorse e alla polluzione. Questo problema non rappresenta solo una grave preoccupazione ambientale, ma ha anche implicazioni sociali ed economiche. Affrontare questa sfida richiede un cambiamento verso un sistema di produzione alimentare globale efficiente e una riduzione degli sprechi alimentari. Per offrire una soluzione convincente per mitigare l’impatto ambientale degli scarti proteici, questa analisi della letteratura esplora il potenziale di un’economia circolare per recuperare e valorizzare gli scarti proteici alimentari, concentrandosi su collagene e cheratina. Queste proteine possono avere diverse applicazioni in diversi campi, come quello farmaceutico, biomedico, alimentare, cosmetico e altri. Vengono discussi vari metodi di estrazione del collagene e della cheratina, sottolineando l'importanza di utilizzare tecniche rispettose dell'ambiente per ottenere un recupero ottimale. Viene presentata un'analisi completa di ciascun metodo di estrazione, fornendo approfondimenti sui loro scopi specifici, vantaggi intrinseci, svantaggi associati e prestazioni complessive. Inoltre, si prende in esame l’elettrofilatura in qualità di tecnologia promettente per trasformare il collagene e la cheratina recuperati in nanofibre. Queste nanofibre dimostrano proprietà fisico-chimiche e meccaniche migliorate che sono particolarmente rilevanti nelle applicazioni biomediche e farmaceutiche, in particolare nel trattamento delle ferite e nella rigenerazione dei tessuti. Inoltre, analisi di laboratorio, come potenziale zeta, FT-IR, diffusione dinamica della luce e microscopia ottica sotto luce polarizzata sono state condotte in un progetto di ricerca in corso incentrato sull'economia circolare della cheratina estratta dagli scarti di piume. Tutto questo contribuisce in modo significativo a un’economia circolare più sostenibile ed efficiente prevenendo la perdita di proprietà preziose e riducendo gli sprechi alimentari.