Enzymatic hydrolysis of chicken (Gallus gallus domesticus) rest raw material: The effect of pre-treatments on functional properties, protein quality and yield

Abstract

Kyllingproduksjonen i Norge har økt med 138% siden 2000 fra 38 000 tonn til 90 000 tonn i året. Dette har ført til en tilsvarende økning i produsert restmaterialer fra slakteindustrien. Restmaterialet fra kylling inneholder verdifulle proteiner og lipider som kan brukes til fôr av høy kvalitet til havbruksindustrien eller som ingredienser i matvarer for mennesker. Ved enzymatisk behandling på resten av restmaterialet er det mulig å produsere proteinhydrolysater med funksjonell egenskaper og høy næringsverdi.

I denne oppgaven ble innvoller fra kylling hydrolysert ved bruk av fire forskjellige forbehandlinger. En hydrolyse ble gjennomført ved å hydrolysere kyllinginnvoller med endogene enzymer og kommersielle enzymer (Endocut02L). De tre andre hydrolysene ble forbehandlet med henholdsvis, 1) termisk inaktivering av de endogene enzymene og kommersielle enzymer, 2) bare inaktivering av de endogene enzymene og 3) separasjon av lipidene fra restmaterialet ved hjelp av termisk separasjon. Hovedmålet i denne masteroppgaven var å undersøke hvordan de forskjellige forbehandlingene påvirket proteinutbyttet i proteinhydrolysatet. De funksjonelle egenskapene til hydrolysatene ble også undersøkt for å finne ut om hydrolysatet kunne være til nytte som ingredienser i matvarer og fôrprodukter.

Resultatene viste at forskjellige forbehandlinger påvirket proteinutbyttet og de funksjonelle egenskapene til de forskjellige hydrolysatene. Hydrolysat fra termisk separert restmateriale og hydrolysen uten forbehandling produserte CPH med det beste utvinning (recovery) av proteiner, henholdsvis 57% og 64%.

Alle hydrolysatene hadde en lignende total aminosyreprofil, og alle hydrolysatene hadde de fleste essensielle aminosyrene. I motsetning til resultatene i analysen av de totale aminosyrene, virket det som forbehandlingene påvirket konsentrasjonen av frie aminosyrer i hydrolysatet. Hydrolysen med både endogene og kommersielle enzymer hadde den høyeste mengden frie aminosyrer i hydrolysatet etter 120 minutter, med en konsentrasjon på 490 +- 110 mgAA/gCPH. Den laveste konsentrasjonen ble oppnådd fra hydrolysen med inaktivering og ingen tilsetning av kommersielle enzymer, med en konsentrasjon etter 120 minutter på 66 +- 17 mgAA/gCPH.

Analysen av de funksjonelle egenskapene i denne masteroppgaven fant at hydrolysatet fra hydrolysen med både endogene og kommersielle enzymer ga de høyeste emulsjonskapasitetene. Videre ble det funnet at emulsjonskapasiteten økte med hydrolysetiden for alle hydrolysatene unntatt hydrolysatet fra hydrolysen med både endogene og kommersielle enzymer. Hydrolysatet produsert fra fra bare innvoller ga den høyeste vannbindingsevnen, med en vannbindingsevne på 67 %. Hydrolysen av beinfraksjon produserte hydrolysatene med den høyeste oljeabsorberende kapasiteten, der den høyest oljeabsorberende kapasiteten var på 4.0 gOlje/gCPH. Den høye oljeabsorberende kapasiteten i beinfraksjons prøvene kommer mest sannsynlig av den høye konsentrasjonen av hydrofobe aminosyrer i bindevev, som for eksempel prolin.

The chicken production in Norway has increased by 138% since 2000 from 38 000 tons to 90 000 tons a year. This has caused a similar increase in rest raw material produced. The rest raw material from chicken contains valuable proteins and lipids that could be used for high-quality feed for the aquaculture industry or as ingredients in human food products. By enzymatic treatment of the rest raw material, it is possible to produce protein hydrolysates with functional and nutritional properties of high quality.

In this study, viscera from the chicken were hydrolysed using four different hydrolysis conditions; inactivation of endogenous enzymes and addition of commercial enzymes, both endogenous and commercial enzymes, thermal separation of fat from the rest raw material before hydrolysis and hydrolysis without enzymes (Inactivation of endogenous enzymes). The main aim of this study was to investigate how the different conditions and pre-treatments affected protein yield and recovery. The secondary aim of the study was to investigate the functional properties of the hydrolysates to find out if the hydrolysate could be of use as ingredients in food products.

The results showed that different pre-treatments affected the protein yield and the functional properties for the different hydrolysates. Hydrolysate obtained from hydrolysis with both endogenous and commercial enzymes, and the hydrolysis with thermal separation of fat produced the highest protein recoveries, with recoveries of 64% and 57%, respectively.

All of the hydrolysates had a similar total amino acid profile, which means they all had most of the essential amino acids. The pre-treatments did not seem to affect the total amino acid profile. However, the pre-treatments did seem to affect the free amino acid concentration in the hydrolysate. The hydrolysis with both endogenous and commercial enzymes had the highest amount of free amino acids in the hydrolysate, with a concentration of 490 +- 110 mgAA/gCPH after 120 minutes. The lowest concentration of free amino acids was obtained in the hydrolysis with inactivation and no addition of commercial enzymes, with a concentration of 66 +- 17 mgAA/gCPH.

The analysis of functional properties showed that hydrolysate from hydrolysis with both endogenous and commercial enzymes gave the highest emulsion capacity. Furthermore, the emulsion capacity was found to be increasing with hydrolysis time for all hydrolysates except the hydrolysate from hydrolysis with both endogenous and commercial enzymes. The hydrolysate produced from just viscera and endogenous enzyme from Ingvild Fålunds project gave the highest WHC, at 68%. Hydrolysis of bone fraction produced the hydrolysates with the highest oil-absorbing capacity, with an oil-absorbing capacity of 4.0 gOil/gCPH.