Properties of Rest Raw Material and Fish Protein Hydrolysates from Atlantic Mackerel (Scomber scombrus)

Abstract

Sjømatindustrien er en viktig del av norsk økonomi. Norge eksporterte sjømat for 107.3 milliarder NOK i 2019. Rundt 4.28 milliarder NOK var fra eksport av Atlantisk makrell (Scomber scombrus). Dette tilsvarer 238 379 tonn fisk. Det meste av makrellen som fanges i Norge blir eksportert som hel fisk, og bare rundt 4 % blir filetert i Norge. Det er et stort potensial for verdiskapning fra restråstoff. Dette betyr at når Norge eksporterer makrell som hel fisk, så forsvinner muligheten for verdiskapning fra dette restråstoffet. Det er funnet at hvis 25 % av landet makrell blir filetert i Norge, så kan det produsere 35 000 tonn med restråstoff per år. Økt kunnskap om restråstoffet og produkter laget av det er nødvendig for bedre å utnytte potensialet for verdiskapning fra dette restråstoffet. Målet med denne oppgaven er økt innsikt i egenskapene til restråstoff fra Atlantisk makrell og fiskeproteinhydrolysater fra restråstoffet. Industrien trenger å vite mer om komposisjonen til restråstoff fra makrell, samt enzymatiske aktiviteter og hvordan prosessbetingelser påvirker egenskapene til fiskeproteinhydrolysater (FPH). Dette arbeidet bestemmer generell proteolytisk aktivitet, generell lipolytisk aktivitet og komposisjon av restråstoff, hel fisk minus fileter, fra Atlantisk makrell. Vannløselig protein innhold, syreløselig peptidinnhold, total aminosyresammensetning, innhold av frie aminosyrer og farge til hydrolysater fra de samme fraksjonene ble også bestemt. Tre av hydrolysatene, MA1, MA2 and MA3, var tilsatt 500 ppm propylgallat, mens MN1, MN2 og MN3 ikke var tilsatt antioksidant. Hydrolysat nummer 1 og 3 i begge gruppene var hydrolysert med endogene enzymer og 0.1 % Alcalase (w/w). Hydrolysat nummer 2 i begge gruppene var hydrolysert med endogene enzymer, 0.05 % papain (w/w) og 0.05 % bromelain (w/w). Det ble funnet at restråstoff fra makrell inneholder (36.46 ± 2.46) % tørrstoff, (4.03 ± 0.82) % aske, (15.83 ± 0.47) % protein og (17.30 ± 0.47) % lipid. pHen i enzymekstraktet ble bestemt til (6.47 ± 0.01). Generell proteolytisk aktivitet hadde en optimumstemperatur på 50°C ved pH 7. Den ble bestemt til (1.70 ± 0.31) % kuttet protein av våtvekt og (328.73 ± 60.97) mg kuttet protein/g vannløselig protein. Generell lipolytisk aktivitet hadde optimum på 40°C ved pH 7.5. Den ble bestemt til (16.42 ± 0.23) U•10^3/mg vannløselig protein/minutt and (848.90 ± 3.80) U•10^3/g våtvekt. Innholdet av vannløselig protein i MA-prøvene varierte fra (52.59 ± 0.50) % til (52.89 ± 0.52) % av tørrvekt. Innholdet varierte fra (45.01± 0.58) % til (45.61 ± 0.74) % for MN-prøvene. Innholdet av syreløselige peptider i MA-prøvene varierte fra (31.39 ± 1.09) % til (32.65 ± 1.77) % av tørrvekt, og (26.88 ± 0.23) % til (27.98 ± 1.53) % for MN-prøvene. MA-prøvene hadde et signifikant høyere innhold av vannløselig protein og syreløselige peptider enn MN-prøvene (p < 0.05). Det totale aminosyreinnholdet i MA-prøvene varierte fra (493.84 ± 19.54) mg/g til (497.88 ± 14.66) mg/g pulverisert FPH, og (496.75 ± 2.23) mg/g til (558.33 ± 11.15) mg/g pulverisert FPH for MN-prøvene. Det ble funnet at MA and MN inneholder rundt 53 % og 55 % essensielle aminosyrer. MA2 var signifikant forskjellig fra MN2, og MN2 var signifikant forskjellig fra MN1 og MN3 (p < 0.05). Innholdet av frie aminosyrer varierte fra (94.53 ± 0.52) mg/g til (96.92 ± 0.97) mg/g for MA-prøvene, og (101.55 ± 1.32) mg/g til (104.28 ± 1.21) mg/g pulverisert FPH for MN-prøvene. Det ble funnet at rundt 20 % av peptidene var hydrolysert til frie aminosyrer. MA-prøvene hadde et signifikant lavere innhold enn MN-prøvene (p < 0.05). Forskjellen i farge, ∆E, ble bestemt med et kolorimeter. ∆E for MA1 og MN1, MA2 og MN2 og MA3 og MN3 ble bestemt til henholdsvis 20.46, 1.70 and 13.05. MA1 ble frysetørket i tre dager, mens de andre hydrolysatene ble frysetørket i seks dager, og hadde en lysere farge og finere tekstur enn resten av hydrolysatene. Denne oppgaven viser at restråstoff fra Atlantisk makrell har relativt høy enzymaktivitet ved nøytral pH. Dette må tas i betraktning ved lagring og utnyttelse av restråstoffet. Resultatene viser også at tilsats av propylgallat påvirker egenskapene til FPHene og at varigheten av frysetørkingsprosessen påvirker fargen til FPHene.

The seafood industry is an important part of Norwegian economy. In 2019, Norway exported seafood for 107.3 billion NOK. Around 4.28 billion NOK came from export of Atlantic mackerel (Scomber scombrus). This corresponds to 238 379 tons of fish. Most of the mackerel captured in Norway is exported as whole fish, and only around 4% is filleted in Norway. There is a considerable potential for value creation from rest raw material (RRM). This means that when Norway exports mackerel as whole fish, the potential for value creation from this material is lost. It is determined that if 25% of landed mackerel is filleted in Norway, that this could yield 35 000 tons of rest raw material per year. Increased knowledge about the rest raw material and products from it is needed to better utilize the potential for value creation from this material. The goal of this thesis is increased insight into properties of rest raw material from Atlantic mackerel and fish protein hydrolysates made from this material. The industry needs to know more about mackerel rest raw material composition, as well as enzymatic activities and how process conditions affect properties of fish protein hydrolysates (FPHs). This work determines general proteolytic activity, general lipolytic activity and composition of rest raw material, whole fish minus fillets with skin, from Atlantic mackerel. Water-soluble protein content, acid-soluble peptide content, total amino acid composition, free amino acid content and color of hydrolysates made from the same fractions were also determined. Three of the hydrolysates, MA1, MA2 and MA3, were added 500 ppm propyl gallate, while MN1, MN2 and MN3 did not have an antioxidant. Hydrolysate number 1 and 3 in both groups were hydrolyzed with endogenous enzymes and 0.1% Alcalase (w/w). Hydrolysate number 2 in both groups were hydrolyzed with endogenous enzymes, 0.05% papain (w/w) and 0.05% bromelain (w/w). It was found that the RRM consisted of (36.46 ± 2.46)% dry matter, (4.03 ± 0.82)% ash, (15.83 ± 0.47)% protein and (17.30 ± 0.47)% lipid. The pH of the enzyme extract from the RRM was (6.47 ± 0.01). General proteolytic activity had an optimum temperature at 50°C for pH 7. It was found to be (1.70 ± 0.31)% cut protein of wet weight and (328.73 ± 60.97)mg cut protein/g water-soluble protein. General lipolytic activity had an optimum at 40°C for pH 7.5. It was determined to (16.42 ± 0.23) U•10^3/mg water-soluble protein/minute and (848.90 ± 3.80) U•10^3/g wet weight of RRM. The content of water-soluble protein in samples of MA ranged from (52.59 ± 0.50)% to (52.89 ± 0.52)% of dry weight. The content ranged from (45.01± 0.58)% to (45.61 ± 0.74)% for samples of MN. The content of acid-soluble peptides in the MA samples ranged from (31.39 ± 1.09)% to (32.65 ± 1.77)% of dry weight, and (26.88 ± 0.23)% to (27.98 ± 1.53)% for samples of MN. Samples of MA had a significantly higher content of water-soluble protein and acid-soluble peptides than the samples of MN (p < 0.05). The total amino acid content of samples of MA ranged from (493.84 ± 19.54)mg/g to (497.88 ± 14.66)mg/g powdered FPH, and (496.75 ± 2.23)mg/g to (558.33 ± 11.15)mg/g powdered FPH for samples of MN. It was found that MA and MN contain around 53% and 55% indispensable amino acids. MA2 was significantly different from MN2, and MN2 was significantly different from MN1 and MN3 (p < 0.05). The free amino acid content ranged from (94.53 ± 0.52)mg/g to (96.92 ± 0.97)mg/g for samples of MA, and (101.55 ± 1.32)mg/g to (104.28 ± 1.21)mg/g powdered FPH for samples of MN. It was found that around 20% of the peptides had been hydrolyzed to free amino acids. The samples of MA had a significantly lower content than the samples of MN (p < 0.05). The difference in color, ∆E, was determined with a colorimeter. ∆E for MA1 and MN1, MA2 and MN2 and MA3 and MN3 was determined to 20.46, 1.70 and 13.05, respectively. MA1 had only been freeze dried for three days, while the other hydrolysates had been freeze dried for six days, and had a lighter color and finer texture than the rest of the hydrolysates. This study shows that RRM from Atlantic mackerel has a relatively high enzyme activity at around neutral pH, which must be taken into consideration when storing and utilizing the RRM. It also shows that adding propyl gallate affects the properties of the FPHs and that freeze-drying time affects the color of FPHs.