Abstract :
[en] Worldwide demand for dragon fruits is estimated to attain higher data shortly, driven by their unique appearance, prolific nutrients, and immense health benefits. However, their branches and peels are natural wastes accessible in great quantity, but their practicable applications have been narrowly carried out. Thus, this project is mainly aimed at the innovative conversion of dragon fruit residues like branches and peels into biogas and biodegradable films, respectively.
Dragon fruit branches are naturally available, but their chemical profiles are barely reported, resulting in limitations to their practical applications. Thus, this project aimed to characterize the exhaustive chemical compositions of dragon fruit branches harvested on two common seasons at multiple maturities, with or without plant disease, from four different sites in Binh Thuan province, Vietnam. As a result, diverse influences of the growing conditions, maturity, and plant diseases on the chemical compositions of these sources were reported. In general, dragon fruit branches consisted of high ash, total extractives, and lignin contents, an intermediate amount of protein, and diversified quantities of cellulose, hemicellulose, monosaccharides, and fatty acids. Consequently, dragon fruit branches could be recognized as suitable lignocellulosic biomass for biogas production.
Afterwards, a biochemical methane potential assay with a working volume of 500 mL was employed to appraise the promising biogas generation from dragon fruit branches co-digested with pig dung. The optimal ratio between branches and dung, ratio between feedstock and inoculum, ratio between solid mixture and water, percentage of added seeds, and incubating temperature were 50:50 (w/w), 1 g/2 mL, 1 g/ 5 mL, 20%, and 27oC, respectively. Under this condition, biogas productivity sustained nearly stable in the first six days, intensified gently in the next six days, peaked on the 12th working day, and finally likely reduced until the 22nd day. Thereafter, a 3 L model was exploited to evaluate the efficiency of this reported condition. The bigger model was conducted for 48 days but gave higher productivity than the smaller one. In addition, methane concentration occupied around 48.86% of the total biogas volume. Hence, dragon fruit branches are promising materials for biogas production, which gain economic profits for this plant and benefit sustainable development in green energy and waste valorization.
On the other hand, dragon fruit peel has been acknowledged as a promising source to produce pectin at the commercial scale. In this project, pectin was favorably extracted from dragon fruit peels by employing microwave-ultrasound assisted extraction combined with the solvent system of choline chloride – glucose – water (5:2:5). Under the optimized condition including liquid/solid ratio of 35.25 mL/g, water/solvent ratio of 3.37 mL/mL, microwave irradiation of 14.26 min at 240 W followed by sonication of 46.07 min, the productivity was 19.39%. This obtained product was confirmed as high methoxyl pectin owing to its high degree of esterification and the similarity in the FTIR spectra compared to the commercial pectin. Furthermore, it was yellow to brownish and had rough facades with miniature heterogeneous fragments. This pectin was also categorized as a pseudoplastic substance with neutral pH, an average level of solubility, high equivalent weight, high molecular weight, and high antioxidant activities. Additionally, the galacturonic acid content of this product was close to the minimum requirement level proposed by the Food and Agriculture Organization. Based on these described properties, the achieved pectin was revealed to possess favorable application as an ingredient in the production of biodegradable films.
Lastly, the biodegradable films were favorably formulated from the obtained pectin incorporated with diverse kinds of potato starches with the assistance of glycerol through the casting method and then crosslinked with glutaraldehyde. These non-crosslinked composite films were optically yellowish, semi-transparent to translucent, flexible, glossy, and effortlessly detached from the Petri dish, while crosslinked ones were darker, more tenacious, and less glossy. Furthermore, the non-crosslinked pectin-based film had lower thickness, density, and water vapor permeability but higher solubility, transparency, and tensile strength than non-crosslinked composite films. Moreover, crosslinked films had lower thickness, solubility, density, and water vapor permeability but higher tensile strength and elongation at break than correspondent non-crosslinked ones. Additionally, all films had good thermal stability. As a result, among all products, crosslinked pectin-based films incorporated with annealed potato starches were considered a promising ingredient for food packaging area due to their appropriate thickness, solubility, and water vapor permeability.
To sum up, some practicable applications of dragon fruit, like the production of biogas from branches and the formation of biodegradable films from peels, were not only to fulfil the enhancing demands for green energy and packaging materials but also to increase waste valorization and the value-added products of this fruit plant.
[fr] On estime que la demande mondiale en fruits du dragon atteindra bientôt des valeurs plus élevées, en raison de l’apparence unique de ces fruits, de leurs nutriments prolifiques et de leurs immenses bienfaits pour la santé. Cependant, leurs branches et leurs pelures sont des déchets naturels accessibles en grande quantité, mais leurs applications pratiques ont été faiblement mises en œuvre. Ainsi, ce projet vise principalement la conversion innovante des résidus de fruits du dragon comme les branches et les pelures respectivement en biogaz et en films biodégradables.
Les branches de fruit du dragon sont naturellement disponibles, mais leurs profils chimiques sont peu rapportés, ce qui limite leurs applications pratiques. Ainsi, ce projet avait pour objectif de caractériser de manière exhaustive les compositions chimiques des branches de fruit du dragon récoltées à différentes maturités, avec ou sans maladies des plantes, à partir de quatre sites différents dans la province de Binh Thuan, au Vietnam, pendant deux saisons communes. En conséquence, diverses influences des conditions de croissance, de la maturité et des maladies des plantes sur les compositions chimiques de ces sources ont été rapportées. En général, les branches de fruit du dragon se composaient d'une teneur élevée en cendres, extraits totaux et lignine, d'une quantité intermédiaire de protéines, et de quantités diversifiées de cellulose, hémicellulose, monosaccharides et acides gras. Par conséquent, les branches de fruit du dragon pourraient être reconnues comme une biomasse lignocellulosique appropriée pour la production de biogaz.
Ensuite, un essai potentiel de méthane biochimique avec un volume de travail de 500 mL a été utilisé pour évaluer la génération prometteuse de biogaz à partir de branches de fruit du dragon co-digérées avec du fumier de porc. Le ratio optimal entre les branches et le fumier, le ratio entre la matière première et l'inoculum, le ratio entre le mélange solide et l'eau, le pourcentage de graines ajoutées et la température d'incubation étaient respectivement de de 50:50 (p/p), 1 g/ 2 mL, 1 g/ 5 mL, 20 % et 27 °C. Dans ces conditions, la productivité du biogaz est restée presque stable pendant les six premiers jours, a augmenté légèrement pendant les six jours suivants, a atteint son maximum le 12ème jour de travail, pour ensuite probablement diminuer jusqu'au 22ème jour. Par la suite, un modèle de 3 L a été utilisé pour évaluer l'efficacité de cette condition rapportée. Le modèle plus grand a été utilisé pendant 48 jours, mais a donné une productivité plus élevée que le modèle plus petit. De plus, la concentration de méthane représentait environ 48,86% du volume total de biogaz. Ainsi, les branches de fruit du dragon sont des matériaux prometteurs pour la production de biogaz, ce qui génère des profits économiques pour cette plante et favorise le développement durable dans le domaine de l'énergie verte et de la valorisation des déchets.
D'autre part, la pelure du fruit du dragon a été reconnue comme une source prometteuse pour produire de la pectine à l'échelle commerciale. Dans ce projet, la pectine a été favorablement extraite des pelures de fruit du dragon en utilisant une extraction assistée par micro-ondes et ultrasons combinée au système de solvant chlorure de choline – glucose – eau (5:2:5). Dans les conditions optimisées comprenant un rapport liquide/solide de 35,25 mL/g, un rapport eau/solvant de 3,37 mL/mL, une irradiation aux micro-ondes de 14,26 min à 240 W suivie d'une sonication de 46,07 min, la productivité était de 19,39 %. Ce produit obtenu a été confirmé comme étant une pectine à haute teneur en méthoxyles en raison de son degré élevé d'estérification et de la similitude des spectres FTIR par rapport à la pectine commerciale. De plus, ce produit était de couleur jaune à brunâtre et présentait des facettes rugueuses avec de petits fragments hétérogènes. Cette pectine a également été classée comme une substance pseudoplastique avec un pH neutre, un niveau moyen de solubilité, un poids équivalent élevé, un poids moléculaire élevé et des activités antioxydantes élevées. De plus, la teneur en acide galacturonique de ce produit était proche du niveau minimal requis proposé par l'Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture. Sur la base de ces propriétés décrites, la pectine obtenue s'est révélée être un ingrédient favorable dans la production de films biodégradables.
Enfin, les films biodégradables ont été favorablement formulés à partir de la pectine obtenue incorporée à divers types d'amidons de pomme de terre avec l'aide de glycérine par la méthode du coulage, puis réticulés avec du glutaraldéhyde. Ces films composites non réticulés étaient de couleur jaunâtre, semi-transparents à translucides, flexibles, brillants et se détachaient facilement de la boîte de Petri, tandis que ceux réticulés étaient plus foncés, plus tenaces et moins brillants. De plus, le film à base de pectine non réticulée avait une épaisseur, une densité et une perméabilité à la vapeur d'eau plus faibles, mais une solubilité, une transparence et une résistance à la traction plus élevées que les films composites non réticulés. De plus, les films réticulés avaient une épaisseur, une solubilité, une densité et une perméabilité à la vapeur d'eau plus faibles, mais une résistance à la traction et un allongement à la rupture plus élevés que les films non réticulés correspondants. De plus, tous les films présentaient une bonne stabilité thermique. En conclusion, parmi tous les produits, les films à base de pectine réticulée incorporés avec des amidons de pomme de terre recuits étaient considérés comme un ingrédient prometteur pour le domaine de l'emballage alimentaire en raison de leur épaisseur, solubilité et perméabilité à la vapeur d'eau appropriées.
Pour résumer, certaines applications pratiques du fruit du dragon, comme la production de biogaz à partir de branches et la formation de films biodégradables à partir des épluchures, visaient non seulement à répondre à la demande croissante en énergie verte et en matériaux d'emballage, mais aussi à augmenter la valorisation des déchets et les produits à valeur ajoutée de ce fruit.
