Extraction Technologies for Bioactive compounds from fish waste: Comparative Assessment and Sustainable Commercialization Strategies

Mohammadzadeh, Fatemeh; Ghannadiasl, Fatemeh; Atakeshizade, Zahra

doi:10.22098/sr.2026.18758.1043

Extraction Technologies for Bioactive compounds from fish waste: Comparative Assessment and Sustainable Commercialization Strategies

Document Type : Review

Authors

¹ MSc Student, Department of Food Science and Technology, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran

² Associate Professor, Department of Food Sciences and Technology, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran

³ PHD Student, Department of Agricultural Mechanization Engineering University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran

10.22098/sr.2026.18758.1043

Abstract

With the rapid and continuous growth of the global population, the demand for reliable and
sustainable food resources has risen dramatically. This inevitable trend has naturally resulted in
higher consumption and greater volumes of food waste. Due to their highly perishable nature,
food waste presents significant environmental challenges, making proper management a pressing
concern for governments, industries, and communities. In recent years, increased fish
consumption has intensified these issues, as processing generates substantial waste. The
byproducts generated from fish processing, including components such as the head, skin, bones,
scales, and internal organs, are often discarded as waste. Inadequate management of this waste
can lead to significant environmental challenges, such as water and soil contamination, as well as
the emission of noxious gases. This waste possesses has considerable potential, harboring
valuable materials that can be repurposed in various applications. While a portion of this waste is
used as animal feed, much is discarded into the sea or landfills, contributing to pollution and
ecosystem degradation in both developed and developing countries.
Materials and Methods:
Fish waste, beyond being an environmental burden, is a rich source of nutrients and valuable
compounds. This review systematically and critically analyzes extraction technologies and their
applications, with the central question “What are the most efficient and economical strategies for
adding value to fish waste towards commercialization?”. We compare modern (supercritical fluid
extraction, microwave, and ultrasound) and traditional technologies in terms of yield, product
quality, scalability, investment and operational costs, and environmental sustainability. Our
analysis shows that although methods such as supercritical fluid extraction (SFE) are ideal for
producing pure compounds (such as omega-3) suitable for pharmaceutical use, the high
investment cost is the main obstacle to their widespread industrial application. In contrast,
enzymatic hydrolysis is excellent for the production of bioactive peptides, but the high cost of
commercial enzymes is a persistent challenge that requires solutions such as the use of
endogenous enzymes or immobilized enzyme bioreactors. By providing a comprehensive
comparative table and identifying key research gaps (such as the need for life cycle studies and
cost-benefit analysis at a pilot scale), we conclude that the future belongs to hybrid strategies and
integrated biorefinery models, in which different technologies are applied in a chain with the aim
of maximizing the output value and minimizing secondary waste.
Results and discussion:
This study also reviews recent innovations in the recovery and utilization of fish waste and their
transformation into value-added products in the pharmaceutical, cosmetic, food, agricultural and
energy industries. These exploitation methods include green and low-harm technologies for extracting compounds such as omega-3 fatty acids, collagen, gelatin, bioactive peptides, enzymes,
chitosan, and hydroxyapatite. Each of these materials has wide applications in various industries;
for example, marine collagen is used in the production of artificial tissue, wound dressings, and
cosmetic products. Fish oil, which is extracted from different parts of the fish body, can be used as
a suitable source for the production of biodiesel and dietary supplements. Technological
advances, especially the use of modern methods such as microwave-based extraction, have
increased efficiency and reduced processing time. Also, the extraction of omega-3 fatty acids from
fish waste has gained a special place in the dietary supplement industry due to their effective role
in preventing cardiovascular diseases and neurological disorders. Also, compost from this waste,
as an organic fertilizer, improves the physical and chemical structure of the soil and provides
nutrients to plants.
Conclusion:
In conclusion, this review shows that by adopting advanced extraction technologies,
implementing effective marketing strategies for recycled products, and fostering collaborative
networks across multiple industries, the full potential of these valuable resources can be
realized—contributing meaningfully to sustainable development goals and environmental
conservation.
Overall, this review shows that by employing modern extraction technologies, effective marketing
of recycled products, and establishing collaborative networks between different industries, the
potential of these valuable resources can be fully exploited.

Keywords

Article Title [Persian]

فناوری های استخراج ترکیبات زیست فعال از ضایعات ماهی: ارزیابی مقایسه‌ای و راهبردهای تجاری سازی پایدار

Authors [Persian]

فاطمه محمدزاده ¹
فاطمه قنادی اصل ²
زهرا عطا کشی زاده ³

¹ دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

² استاد، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

³ دانشجوی دکتری، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

Abstract [Persian]

با رشد فزاینده جمعیت جهانی، نیاز به تأمین منابع غذایی به‌طور چشمگیری افزایش یافته است. این روند، به‌طور طبیعی منجر به افزایش مصرف و در نتیجه تولید حجم بالاتری از زباله‌های غذایی شده است. زباله‌های غذایی به دلیل ماهیت فاسدشدنی خود، چالش‌های زیست‌محیطی قابل‌توجهی ایجاد می‌کنند که مدیریت آنها به یکی از دغدغه‌های اصلی جوامع تبدیل شده است. در سال‌های اخیر، با گسترش مصرف ماهی در رژیم غذایی مردم جهان، این چالش‌ها ابعاد تازه‌ای یافته‌اند؛ زیرا فرآوری و مصرف ماهی منجر به تولید مقادیر زیادی ضایعات می‌شود. این ضایعات شامل قسمت‌هایی مانند سر، پوست، استخوان، فلس و اندام‌های داخلی ماهی است که معمولاً دور ریخته می‌شوند. اگر این ضایعات به درستی مدیریت نشوند، می‌توانند مشکلات جدی برای محیط‌زیست از جمله آلودگی آب‌ها و خاک و تولید گازهای مضر ایجاد کنند و در واقع گنجینه‌ای از مواد ارزشمند هستند که می‌توان از آن‌ها استفاده‌های فراوانی کرد. بخشی از این ضایعات به‌عنوان خوراک دام و طیور استفاده می‌شود، اما بخش عمده‌ای از آن‌ها به دریا یا محل‌های دفن زباله منتقل می‌گردد؛ اقداماتی که در کشورهای توسعه‌ یافته و در حال توسعه، موجب آلودگی و تخریب محیط‌ زیست می‌شوند.
ضایعات ماهی، فراتر از یک بار زیست‌محیطی، منبعی غنی از مواد مغذی و ترکیبات باارزش به شمار می‌آیند. این مطالعه مروری با پرسش محوری "کارآمدترین و اقتصادی‌ترین راهبردهای ارزش‌افزایی به ضایعات ماهی در مسیر تجاری‌سازی کدامند؟"، به تحلیل سیستماتیک و انتقادی فناوری‌های استخراج و کاربردهای آنها می‌پردازد. ما فناوری‌های نوین (استخراج با سیال فوق‌بحرانی، امواج مایکروویو و اولتراسوند) و سنتی را از نظر بازده، کیفیت محصول، مقیاس‌پذیری، هزینه سرمایه‌گذاری و عملیاتی، و پایداری محیطی مقایسه می‌کنیم. تجزیه و تحلیل ما نشان می‌دهد که اگرچه روش‌هایی مانند استخراج با سیال فوق‌بحرانی (SFE) برای تولید ترکیبات خالص (مانند امگا-۳) مناسب داروسازی ایده‌آل هستند، اما هزینه سرمایه‌گذاری بالا مانع اصلی کاربرد گسترده صنعتی آنهاست. در مقابل، هیدرولیز آنزیمی برای تولید پپتیدهای زیست‌فعال بی‌نظیر است، اما هزینه بالای آنزیم‌های تجاری چالشی پایدار است که راه‌حل‌هایی مانند استفاده از آنزیم‌های درون‌زاد یا بیوراکتورهای آنزیم تثبیت‌شده را می‌طلبد. ما با ارائه یک جدول مقایسه‌ای جامع و شناسایی گپ‌های پژوهشی کلیدی (مانند نیاز به مطالعات چرخه عمر و تحلیل هزینه-فایده در مقیاس نیمه‌صنعتی)، نتیجه می‌گیریم که آینده متعلق به راهبردهای هیبریدی و مدل‌های بیورافینری یکپارچه است که در آنها فناوری‌های مختلف به صورت زنجیره‌ای و با هدف حداکثر کردن ارزش خروجی و حداقل کردن ضایعات ثانویه به کار گرفته می‌شوند. همچنین این مطالعه به بررسی نوآوری‌های اخیر در بازیابی و بهره‌برداری از ضایعات ماهی و تبدیل آنها به محصولات با ارزش افزوده در صنایع دارویی، آرایشی، غذایی، کشاورزی و انرژی پرداخته است. این روش‌های بهره‌برداری شامل فناوری‌های سبز و کم‌آسیب برای استخراج ترکیباتی مانند اسیدهای چرب امگا-۳، کلاژن، ژلاتین، پپتیدهای زیست‌فعال، آنزیم‌ها، کیتوزان و هیدروکسی‌آپاتیت هستند. هر یک از این مواد کاربردهای گسترده‌ای در صنایع مختلف دارند؛ برای مثال، کلاژن دریایی در تولید بافت مصنوعی، پانسمان زخم و محصولات آرایشی استفاده می‌شود. روغن ماهی، که از بخش‌های مختلف بدن ماهی استخراج می‌شود، می‌تواند به‌عنوان منبعی مناسب برای تولید بیودیزل و مکمل‌های غذایی مورد استفاده قرار گیرد. پیشرفت فناوری، به‌ویژه استفاده از روش‌های نوین مانند استخراج مبتنی بر مایکروویو، موجب افزایش بازده و کاهش زمان فرآوری شده است. همچنین، استخراج اسیدهای چرب امگا-۳ از ضایعات ماهی، به دلیل نقش مؤثر آن‌ها در پیشگیری از بیماری‌های قلبی-عروقی و اختلالات عصبی، جایگاه ویژه‌ای در صنعت مکمل‌های غذایی یافته است. همچنین کمپوست حاصل از این ضایعات، به‌عنوان کود ارگانیک، موجب بهبود ساختار فیزیکی و شیمیایی خاک و تأمین مواد مغذی گیاهان می‌شود.
در مجموع این مرور نشان می‌دهد که با به‌ کارگیری فناوری‌های نوین استخراج، بازاریابی مؤثر محصولات بازیافتی و ایجاد شبکه‌های همکاری میان صنایع مختلف، می‌توان از پتانسیل‌های این منابع ارزشمند به‌طور کامل بهره‌برداری کرد.

Keywords [Persian]