Effect of green extraction methods on quality of gelatin from skins, heads and bakbones from European plaice (Pleuronectes platessa)

Abstract

Omtrent 50 % av verdens årlige fangst fra den globale fiskeproduksjonen går enten til spille eller brukes til lavverdiprodukter som dyrefôr, biogass og gjødsel. Disse fraksjonene, vanligvis sammensatt av hoder, bein, blod og innvoller, inneholder verdifulle komponenter som kan brukes til høyverdige produkter. Det er flere grunner til å bruke disse fraksjonene, inkludert miljømessige, politiske og økonomiske aspekter. Europeisk rødspette (Pleuronectes platessa) er en fisk som i dag kommer fra en bærekraftig bestand og dermed kan utnyttes i høyere grad enn den gjør i dag. Den genererer ca. 50 % restråstoff som bør utnyttes for å sikre et bærekraftig fiske. Hovedmålet med denne masteroppgaven var å undersøke ulike grønne utvinningsmetoder for å utnytte restråstoff av Europeisk rødspette. For å nå dette målet ble gelatin ekstrahert med mikrobølge- og ultralydteknologi fra ulike restråstoffraksjoner, og kvaliteten og utbyttet av den gelatinen ble evaluert. Råvarefraksjoner bestod av ryggrad, skinn og hoder. Deretter ble hver råvarefraksjon delt inn i en ikke forbehandlet del, en del forbehandlet ved saltvask og en del forbehandlet ved enzymatisk hydrolyse. Varigheten av ekstraksjonene var 15 og 35 minutter, og et vannbad på 150 minutter ble brukt som kontrollekstraksjon for sammenligning. Kvaliteten ble målt ved å vurdere kollagenutbyttet, kollagenrenheten, aminosyreprofilene og molekylstørrelsen til de resulterende gelatinprøvene. Renheten ble evaluert ved å se på protein- og kollagenkonsentrasjonen sammen med aminosyreprofilene. Gelatinprøvene ble så analysert ved SDS-PAGE å evaluere molekylvektfordelingene. Til slutt ble effekten av de forskjellige ekstraksjonsprosedyrene testet av General Linear Model (GLM) ved bruk av Tukeys sammenligningstest med signifikansnivå på 95 % (p<0,05). Resultatene viste at skinn ga gelatinprøver med høyeste utbytter sammenlignet med gelatin fra hode og ryggrad. Av forbehandlingene ga saltvask generelt gelatin med lavere utbytte, og enzymatisk hydrolyse ga høyere utbytter enn gelatin ekstrahert fra ikke forbehandlet materiale. Forbehandling med saltvask ga også høyere innhold av β-kjeder i gelatinen, noe som gir bedre gelstyrke på gelatinen. Mikrobølge- og ultralydassistert ekstraksjon påvirket kvaliteten og utbyttet etter 35 minutter, og de grønne ekstraksjonsmetodene viste at kollageninnholdet i gelatinprøver ekstrahert i 35 minutter (48,8 ± 16,2%) ikke var signifikant forskjellig (p<0,001) fra kollageninnholdet i et 150 minutters vannbad (47,4 ± 23,7 %). Dette indikerer at lengre ekstraksjonstider kan gi bedre utbytte og høyere kollagenrenhet. Resultatene viste at det er potensiale i å utnytte mikrobølgeog ultralydassisterte teknologier for utvinning av gelatin fra restråstoffrasksjoner fra rødspette, men at flere kvalitetsparametere kan undersøkes for å vite mer om potensielle

About 50 % of the worlds annual catch from the global fish production is either wasted or used for low value products such as animal feed, biogas and fertilizers. These fractions, usually composed of heads, bones, blood and viscera, contains valuable components that can be valorized for high value products. There are several reasons for utilizing these fractions, including environmental, political and economical aspects. European plaice (Pleuronectes platessa) is a fish below the maximum sustainable yield (MSY) can be utilized to a higher degree than today. It generates about 50 % rest raw materials that should be utilized to secure a sustainable food processing. The main aim of this master thesis was to investigate different green extraction methods to valorize rest raw material fractions of European plaice. To complete this aim, gelatin extracted by microwave and ultrasound technology from different raw material fractions was conducted and the quality and yield of the resulting gelatin was evaluated. Raw material fractions included backbones, skins and heads. Then, each raw material fraction was divided into a not pre-treated part, a part pre-treated by salt wash and a part pre-treated by enzymatic hydrolysis. The durations of the extractions were 15 and 35 minutes, and a water bath of 150 minutes was used as a control extraction for comparison. The quality was measured by considering the collagen yield, purity, amino acid profiles and molecular size of the gelatin samples produced. The purity was evaluated by looking at the protein and collagen concentration together with the amino acid profiles. SDSpage was run on the gelatin samples to analyze the molecular size. Lastly, the effect of the different extraction procedures was tested by General Linear Model (GLM) using Tukey’s multiple comparison test with significance level of 95 % (p<0.05). The results showed that skin gave gelatin with highest yields compared to the heads and backbones. For the pre-treatments, salt wash gave in general gelatin with lower yields and enzymatic hydrolysis gave higher yields than gelatin extracted from not pre-treated material. Pre-treatment by salt wash also gave presence of β-chains in the gelatin which gives better gel strength. Microwave and ultrasound assisted extraction affected the quality and yield after 35 minutes, and the green extraction methods showed that the collagen content in gelatin samples extracted for 35 minutes (48.8 ± 16.2%) did not differ significantly (p<0.001) from the collagen content of a 150 minutes water bath (47.4 ± 23.7 %). This indicates that longer extraction times could give better yield and higher collagen purity. The results showed that there are potential in utilizing microwave and ultrasound assisted technologies for extraction of gelatin from plaice rest raw material, but that several quality parameters can be investigated to know more about potential