Karakterisering av råstoff fra makrell (Scomber scombrus). Produksjon av proteinhydrolysater for optimal utnyttelse av makrellrestråstoff

Nordatlantisk makrell (Scomber scombrus) er en rik kilde til marine lipider og proteiner. I dag eksporteres store deler av makrellen ut av landet i rund form, og verdifullt restråstoffmateriale går tapt. Prosjektet «Pelagisk løft – økt bearbeiding av makrell» skal jobbe for at mer av makrellen videreforedles i Norge. Den økende globale befolkningsveksten og mer etterspørsel etter mat, legger press på industrien til å utnytte alle tilgjengelige ressurser som kan videreforedles til nye høyverdige produkter. Dersom en større andel av makrellen foredles i Norge, vil man få tilgang på restråstoff av høy kvalitet. Kunnskap om fiskens sammensetning og innhold av fettsyrer, samt variasjoner med hensyn til fangsttidspunkt, er viktig informasjon som bør kartlegges. Dette vil gi en indikasjon på når makrellen er fetest og rikest på flerumettede fettsyrer (PUFA), hvordan råstoffet bør håndteres, samt hvilken industri råstoffet egner seg best i. For å karakterisere Nordatlantisk makrell, og variasjoner med hensyn til fangsttidspunkt, ble vann-, tørrstoff-, aske-, protein- og lipidinnhold bestemt i fraksjonene hode/rygg/hale (HRH), samfengt, innmat og filet, fra oktober- og januarmakrell. I tillegg ble fettsyresammensetning, innhold av lipidklasser og posisjonering av fettsyrer i triglyserider (TAG) bestemt i fraksjonene HRH, samfengt og innmat. Resultater viste et numerisk høyere innhold av lipider i oktobermakrell i alle fraksjoner, samt et signifikant (P < 0,05) høyere innhold av aske og tørrstoff, sammenlignet med januarmakrell. Proteininnholdet var mer stabilt mellom oktober- og januarmakrell, hvor det bare ble vist en signifikant forskjell (P < 0,05) i proteininnhold for filet- og HRH-fraksjonen, med høyest proteinkonsentrasjon i oktobermakrell. Fangsttidspunkt og variasjoner i lipidinnhold påvirket ikke fettsyresammensetningen, lipidklasser og posisjonering av fettsyrer i TAG. Selv om fettlagre og TAG blir brukt som næring hos fisk gjennom vinteren, vil ikke nedbrytningen av fett endre fettsyresammensetningen. Uavhengig av fangsttidspunkt ble det vist høye nivåer av PUFA-er, og makrell er utmerket kilde til omega-3 fettsyrer både på høsten og vinteren. Videre ble enzymatisk hydrolyse med restråstoff fra makrell gjennomført for å produsere tørkede fiskeproteinhydrolysat (FPH) og sedimentprøver. Restråstoff-fraksjonene HRH (fra oktobermakrell), samfengt (fra oktobermakrell) og HRH (fra januarmakrell) ble benyttet. Hensikten var å studere hvordan ulike betingelser (restråstoff benyttet, tilsetning av Alkalase eller ikke og forskjellig hydrolysetid) påvirket utbytte, kvalitet og proteinsammensetning i proteinhydrolysatene. På FPH-prøvene ble analysene tørrstoff/aske, totalt lipidinnhold, C/N-protein, hydrolysegrad, aminosyresammensetning og molekylvektsfordeling (Mw) gjennomført. I tillegg ble analysene tørrstoff/aske, totalt fett, C/N-protein, hydrolysegrad og aminosyresammensetning gjennomført på tørkede sedimentprøvene fra 60-minutters uttak. Resultater viste høy hydrolysegrad allerede ved oppstart, og at utbytte økte med hydrolysetiden. FPH produsert fra samfengt restråstoff ga et signifikant større (P < 0,001) FPH-utbytte sammenlignet med FPH produsert fra HRH restråstoff. Resultatene viste også at samfengt restråstoff ikke hadde behov for tilsats av Alkalase, da et like bra FPH-utbytte, kvalitetsegenskaper og proteinsammensetning ble oppnådd i FPH når Alkalase ikke ble tilsatt. Dette tyder på at det er mange aktive enzymer i innmatfraksjonen. Resultater fra FPH produsert fra HRH (oktober og januar) restråstoff viste at tilsetning av Alkalase var nødvendig for å gi en signifikant økning i utbytte, samt bedre kvalitet og proteinsammensetninger i FPH (P < 0,05). Størst proteinkonsentrasjon ble vist i FPH produsert fra HRH (januar) med enzymet Alkalase etter 60 minutter hydrolysetid (81,7  1,8 g/100 g i tørrvekt). En høyere proteinkonsentrasjon i FPH fremstilt av restråstoff fra januar makrell kan ha en sammenheng med et lavere lipidinnhold i denne fraksjonen. Et høyere lipidinnhold vil føre til en større oljefraksjon, som vil resultere i en proporsjonal reduksjon av hydrolysatfraksjonen. Aminosyresammensetningen i alle FPH viste et velbalansert innhold av alle essensielle aminosyrer (EAA). Protein efficiency ratio (PER) viste god kvalitet (verdi over 2,0) i alle FPH prøver produsert fra samfengt, samt i FPH produsert fra HRH med Alkalase. Tørket sediment ble også studert. Sammenlignet med FPH-prøver ble det vist en lavere proteinkonsentrasjon, samt et betydelig høyere fettinnhold. Å tilsette oksidanter bør vurderes for å bevare kvaliteten. I tillegg ble det vist høye PER-verdier. Tørket sediment fra makrellrestråstoff hadde ikke like bra kvalitet som FPH, men kan likevel anses som et høyproteinprodukt som kan videreforedles til eksempelvis fôrindustrien. Alt i alt, viste resultater i denne mastergradsoppgaven at Nordatlantisk makrell er fetest på høsten, mens sammensetning av fettsyrer og innhold av lipidklasser holder seg mer stabilt. Hydrolyseforsøkene viste at HRH fraksjonen kan være en like godt egnet restråstoff-fraksjon som samfengt, til produksjon av FPH. Det er viktig å påpeke at de endogene enzymene i HRH restråstoff ikke er nok til å øke utbytte alene, og at et kommersielt enzym, slik som Alkalase, vil være nødvendig å tilsette under hydrolyseprosessen. I tillegg vil FPH produsert fra HRH anses som et renere produkt og være mer attraktivt på markedet, sammenlignet med FPH produsert fra samfengt. Slo og innmat er ikke like attraktivt, samt at det vil være flere aktive enzymer som kan føre til kvalitetsforringelse. North Atlantic mackerel (Scomber scombrus) is a rich source to marine lipids and proteins. Today, most of the mackerel are exported out of the country and valuable residual raw material is lost. The project “Pelagisk løft – økt bearbeidning av makrell” is working towards processing a larger portion of the mackerel in Norway. The increasing global population growth and more demand for food, puts pressure on the industry to exploit all available resources that can be processed into new, high-quality products. If a larger proportion of the mackerel is processed in Norway, one will have access to high quality residual raw materials. Knowledge of the fish composition and content of fatty acids, as well as variations regarding to catch time, should be surveyed. This information will give an indication of when the mackerel is at its fattest and richest in polyunsaturated fatty acids (PUFA), how the raw material should be handled, and which industry the raw material is best suited for. To characterize the North Atlantic mackerel, and the variations in the raw material at different catch time, water, dry matter, ash, protein and lipid content were determined in the fractions head/back/tail (HRH), HRH+viscera, viscera and fillet. In addition, fatty acid composition, content of lipid classes and positioning of fatty acids in triglycerides (TAG) were determined in all the fractions except from the fillet. A numerically higher lipid content was shown in October mackerel in all fractions, as well as a significant higher (P < 0.05) ash and dry matter content. The protein content remained more stable. Catch time and variations in lipid content did not remarkably affect the fatty acid composition, lipid classes and positioning of fatty acids in TAG. Although fat stores and TAGs are used as nutrients in fish throughout the winter, the degradation of fat will not alter the fatty acid composition. Regardless of the catch time, high levels of PUFAs were shown, and mackerel was shown to be an excellent source of omega-3 fatty acids both in autumn and winter. Furthermore, enzymatic hydrolysis with residual materials from mackerel were performed to produce dried fish protein hydrolysate (FPH) and sediment samples. The residual material fractions were HRH (from October mackerel), HRH+viceria (from October mackerel) and HRH (from January mackerel). The purpose was to study how different conditions (residual raw material used, addition of Alcalase or not, and different hydrolysis time) affected yield, quality and protein composition in the protein hydrolysates. On the FPH, the analyzes of dry matter/ash, total fat, C/N protein, degree of hydrolysis, amino acid composition and molecular weight distribution (Mw) were performed. In addition, the analyzes of dry matter/ash, total fat, C/N protein, degree of hydrolysis and amino acid composition were carried out in the dried sediment samples from 60-minute withdrawals. Results showed a high degree of hydrolysis already at the start and that yield increased with the hydrolysis time. FPH produced from HRH+viscera residuals had a significantly larger (P < 0.001) FPH yield compared to FPH produced from HRH residuals. The results also showed that HRH+viscera residuals did not need the addition of Alcalase, as an equally good FPH yield, quality properties and protein composition were achieved in FPH when Alcalase was not added. This suggests that there are many active enzymes in the viscera fraction. Results from FPH produced from HRH (October and January) residuals showed that the addition of Alcalase was necessary to provide a significant increase in yield, as well as better quality and protein compositions in FPH (P < 0.05). Highest protein concentration was shown in FPH produced from HRH (Jan) with the enzyme Alcalase after 60 minutes of hydrolysis (81.7  1.8 g / 100 g in dry weight). A higher protein concentration in FPH made from residual material from January may be related to a lower lipid content in this fraction. A higher lipid content will result in a larger oil fraction, which will result in a proportional reduction of the hydrolysate fraction. The amino acid composition of all FPH samples showed a well-balanced content of all essential amino acids (EAA). The PER values showed good quality (value over 2.0) in all FPH samples produced from HRH+viscera, as well as in FPH produced from HRH with Alcalase. Dried sediment was also studied. Compared with FPH samples, a lower protein concentration and a significantly higher fat content were shown. Adding oxidants to the samples should be considered to maintain quality. In addition, high PER values were shown in all dried sediments. Dried sediment from mackerel raw material did not have as good quality as FPH but can nevertheless be regarded as a high protein product that can be processed to for example in feeding industry. Overall, the results showed that the North Atlantic mackerel is at its fattest in the autumn, while the composition of fatty acids and lipid content remains more stable. The hydrolysis experiments showed that the HRH fraction can be an equally suitable residual raw material fraction as HRH+viscera, for the production of FPH. It is important to point out that the endogenous enzymes in HRH residues are not enough to increase yield alone, and that a commercial enzyme, such as Alcalase, will be required to add during the hydrolysis process. In addition, FPH produced from HRH will be considered a cleaner product and be more attractive on the market, compared to FPH produced from HRH+viscera. Viscera is not so attractive and there will be more active enzymes that can lead to quality deterioration.