Rest Raw Material from Atlantic Salmon and Norwegian Chicken - Effects of Thermal Treatment and Different Drying and Storage Methods on Quality and Stability

Abstract

I følge FAO (2018) har forbruket av marine produkter på jorda nådd over 120 millioner tonn de siste ti årene. Det økende forbruket har ført til økende mengde marine produkter som ikke kan bli brukt til menneskelig konsum. Disse produktene blir ofte kalt restråstoff eller bi-produkter. Dette er også et problem i kylling produksjonen ettersom kylling er en av de mest spiste kjøtt-slagene i Norge. Det har nylig vært mye interesse rundt effektiv utnyttelse av disse materialene til å produsere høy-verdi produkter, men disse materialene er svært ustabile og krever gode bevaringsmetoder. Hensikten med denne masteroppgaven har vært å studere tørking som en type konserveringsmetode, og analysere kvalitet og stabilitet av de tørkede produktene.

Oppgaven er skrevet i samarbeid med Kystmiljø AS som også leverte råmaterialene brukt. Innholdet av tørrstoff, aske, protein, lipider og fettsyrer i innvoller fra atlantisk laks og norsk kylling ble undersøkt. Termisk behandling ved ulike temperaturer ble gjennomført før tørking, og effektiviteten av separering av fett, limvann og fett-redusert sediment ble undersøkt. Fett-redusert sediment ble tørket ved bruk av tre ulike tørkemetoder: vakuum frysetørking, infrarød tørking og varmluftstørking. Kvalitetsparametere som vannaktivitet, vanninnhold, farge og lipid- og proteinoksidasjon ble målt av de tørkede produktene. Et lagringsforsøk med to ulike lagringsmetoder (vakuumpakket og i plastpose) ble også gjennomført, og de samme kvalitetsparameterene ble målt. Stabiliteten til tørkede produkter ble undersøkt ved hjelp av glasstemperatur.

Sesongvariasjon i fettinnholdet i innvollene ble funnet. Lakseinnvollene og kyllinginnvollene inneholdt henholdsvis 25 % og 3 % omega-3 fettsyrer. Fettsyreanalysen viste store mengder flerumettede fettsyrer i lakseinnvollene sammenlignet med kyllinginnvollene. Større mengder mettede fettsyrer og omega-6 fettsyrer ble funnet i kyllingen. Disse variasjonene i fettsyreinnhold bidro til et stort smeltepunktsområde for de ulike materialene.

Termisk behandling ble studert ved 40-90°C. Mengden fett separert økte med økende temperatur, men lipid innholdet økte samtidig i det fett-reduserte sedimentet. Basert på resultatene fra de termiske behandlingene ble 50°C valgt som ekstraheringstemperatur i de videre analysene.

Tørkemetodene resulterte i pulver-lignende egenskaper for lakseinnvollene. Infrarød tørking av laks resulterte i høyest vanninnhold (ca. 13 %) og vakuum frysetørking resulterte i lavest vanninnhold (ca. 2 %). Kyllinginnvollene ble seig og klebrig etter tørking i ovn, og disse prøvene hadde et vanninnhold mellom 40-50 %. Det ble konkludert at denne tørkemetoden ikke egnet seg for kyllinginnvollene. Høyt vanninnhold førte også til vekst av mugg under lagringsforsøket. Avtagende nivåer av peroksid verdi og konjugerte diener ble funnet for begge råmaterialene, og kan indikere økende produksjon av sekundære lipidoksidasjonsprodukter. Men konsentrasjonen av TBARS varierte for alle prøvene, noe som kan indikere interaksjoner med peptider og aminer. Hydrolysegraden var større for kyllinginnvollene i forhold til lakseinnvollene.

To glasstemperaturer (-104°C and -67°C) ble detektert i lakseinnvollene, og disse temperaturene ble forbundet med henholdsvis lipider og proteiner. DSC analysen viste at tørking ved høy temperatur separerte fettet bedre enn ved bruk av vakuum frysetørking. Vakuum frysetørking resulterte i absorpsjon av lipider på overflaten, dermed forventes det at disse prøvene er mer utsatt for forverring.

Det ble vist at optimal temperatur for termisk behandling og tørking var avhengig av type materiale og den kjemiske sammensetningen. Tørking i ovn ved 50 og 100°C var ikke tilstrekkelig for kyllinginnvollene og andre metoder bør undersøkes videre for dette råstoffet. Signifikant forskjell i pakkemetode ble funnet for kyllinginnvollene, men dette kan være forårsaket av høyt vanninnhold. De tørkede produktene kan brukes som ingredienser i dyrefôr.

The consumption of marine products in the world has according to FAO (2018) reached over 120 million tonnes the last ten years. Increasing consumption will lead to increasing amount of marine products which are not consumed. These products are commonly referred to as rest raw material or by-products. Production of rest raw material is also relevant in poultry farming, as chicken is the second most consumed animal meat in Norway. There have recently been great interest in effective utilisation of these materials to produce high-value products, however, these materials are highly perishable and require appropriate preservation. The aim of this thesis was to study the effectiveness of drying as a preservation method, and analyse the quality and stability of the dried products.

This Master's Thesis was conducted in collaboration with Kystmiljø AS, which provided the Atlantic salmon intestines and Norwegian chicken intestines utilised in this study. Characteristics of the materials such as the chemical composition and fatty acid composition were mapped. Thermal treatment was conducted prior to drying where different temperatures were studied for effective separation of fat, stickwater and sediment. Fat-reduced sediment were dried by either vacuum freeze drying, infrared drying or hot air drying. Quality parameters such as the water activity, water content, colour and lipid and protein oxidation were measured of the dried materials. These parameters were also measured for samples stored over thirty days using two different packaging methods (vacuum packing and in plastic bag). The stability of the dried materials were investigated using glass transition temperature.

Seasonal variation of the lipid content was proved for both materials. The salmon intestines contained approximately 25 % omega-3 fatty acids compared to around 3 % in the chicken intestines. The analysis of fatty acid composition showed that the salmon contained more amounts of PUFAs, hence was more susceptible to oxidation. Saturated fatty acids and omega-6 fatty acids were more abundant in the chicken intestines. The difference in the fatty acid composition contributed to the wide range of melting points of the oils from the materials.

Thermal treatment was examined at temperatures from 40-90°C. The amount of fat separated increased as the temperatures increased for both materials. However, the lipid content in the fat-reduced sediment increased as well. Based on the results from thermal treatments, 50°C was chosen and used as extraction temperature in the further analysis.

Drying of the salmon intestines resulted in powder-like properties. The infrared dried salmon had the largest water content (approx. 13 %) and vacuum freeze dried salmon had the lowest (approx. 2 %). The chicken intestines obtained paste-like properties after drying in oven. The oven dried chicken samples contained between 40-50 % moisture, and it was concluded that this type of drying was not sufficient for the chicken intestines. High water content of the chicken intestines resulted in growth of mould during the storage experiment. The results from the lipid oxidation study on stored samples showed decreased levels of peroxide value and conjugated dienes for both materials. However, concentration of TBARS varied for each sample, and could be due to interactions with peptides and amines. The degree of hydrolysis was larger for the chicken intestines compared to salmon intestines.

Two glass transition temperatures (-104°C and -67°C) were detected in the salmon intestines and these temperatures were associated with lipids and proteins. The DSC analysis showed that high temperature drying separated the fat better than the vacuum freeze drying method. The vacuum freeze drying resulted in absorption of lipid on the surface making these samples more perishable.

It was shown that optimal temperature for thermal treatment and drying was dependent on the type of material and the chemical composition. Oven drying at 50°C and 100°C was not suitable for the chicken intestines and further analysis of other drying methods of this particular material should be conducted. Significant difference in the packaging methods was found for the chicken intestines, which could be due to the high water content. The dried products could be applicable as ingredients in pet food.