Hydrolysis of Rest Raw Material From Chicken: Effect of Processing Conditions on Yields and Product Properties, With Extended Focus on the Sediment Fraction

Abstract

Den globale produksjonen av kyllingkjøtt forventes å nå 102,9 millioner tonn innen utgangen av 2021. Dette vil generere en stor mengde restråstoff, som kan bli bearbeidet til produkter av høyere verdi. Gjennom enzymatisk hydrolyse kan produkter som kyllingproteinhydrolysat (KPH), lipider og sediment ekstraheres fra restråstoffet. Målet med denne masteroppgaven var å hydrolysere restråstoff fra kyllingen ved hjelp av ulike prosessbetingelser. Deretter skulle produktutbyttet og produktegenskapene analyseres, med spesielt fokus på sedimentet. Prosessbetingelsene som ble undersøkt var hydrolysetid, råmaterialetype, vannmengde tilsatt i hydrolyseblandingen og forbehandlingsmetoder. Forbehandlingsmetodene inkluderte termisk inaktivering av endogene enzymer og termisk separasjon av lipider fra råmaterialet (to-trinns prossesering).

Endogen enzymaktivitet hadde betydelig innvirkning på tørrstoffutbyttet og proteinutbyttet. Hydrolyse av ubehandlede innvoller resulterte i høye tørrstoffutbytter av KPH og lave tørrstoffutbytter av sediment. Hydrolyse uten endogene enzymer hadde motsatt resultat, med høye tørrstoffutbytter av sediment og lave tørrstoffutbytter av KPH. Dette ble forsterket med bare 10% tilsatt vann. Endogen enzymaktivitet bidro betydelig til å øke proteinutbytte fra KPH. Proteinutbyttet i KPH økte raskere ved å hydrolysere med 50% tilsatt vann i stedet for 10%. Etter 120 minutters hydrolyse med både endogene enzymer og Endocut02L oppnådde hydrolysene med 10% og 50% tilsatt vann, lignende proteinutbytter. Endogen enzymaktivitet resulterte i de mest hydrolyserte KPH- og sediment-fraksjonene. Etter 120 minutters hydrolyse var hydrolysegraden henholdsvis 48.6% og 35.2% for hydrolysatet og sedimentet. Hydrolysegraden av sedimentet, fra hydrolyserte benfraksjoner og varmebehandlede innvoller, hadde liten eller ingen utvikling over tid.

Hydrolyse av ubehandlede innvoller resulterte også i et høyt innhold av frie aminosyrer i hydrolysatet. Å øke mengden tilsatt vann til 50% resulterte i et betydelig høyere innhold av frie aminosyrer i sedimentet. De essensielle aminosyrene lysin og leucin dominerte det frie aminosyreinnholdet i både sediment og CPH. Det ble gjort et forsøk på å analysere molekylvektfordelingen av sediment-proteinet med SDS-PAGE. Ingen synlige bånd ble dannet, muligens på grunn av at proteinene hadde for lave molekylvekt (MW < 14400 Da) eller at proteinene i sedimentet ikke var løselige.

Global production of poultry meat is expected to reach 102.9 million tons by the end of 2021. This will generate a large amount of rest raw material, which has the potential of being processed into value-added products. Through enzymatic hydrolysis, products such as chicken protein hydrolysate (CPH), lipids and an insoluble fraction called sediment can be extracted from the rest raw material. The objective of this master's thesis was to hydrolyse rest raw material from chicken using various processing conditions and analyse the product yields and properties, with a special focus on the sediment. The processing conditions studied were hydrolysis time, raw material type, the added water content in the hydrolysis mixture and pretreatment methods. The pretreatment methods included thermal inactivation of endogenous enzymes and thermal separation of lipids from the raw material (two-stage processing).

Endogenous enzyme activity had considerable effects on dry matter yields and protein recoveries. Hydrolysing untreated viscera resulted in high dry CPH yields as well as low dry sediment yields. Hydrolysing without endogenous enzymes had the opposite results, which was reinforced with only 10% added water. Endogenous enzyme activity contributed significantly to increasing the protein recovery in the CPH. High CPH protein recoveries were obtained faster when hydrolysing with 50% added water instead of 10%. However, after 120 minutes of hydrolysis with both endogenous enzymes and Endocut02L, similar protein recoveries were reached with 10% and 50% added water. Enzyme activity from Endocut02L and endogenous enzymes resulted in a highly hydrolysed CPH and sediment. After 120 minutes, the degree of hydrolysis (DH) was 48.6% and 35.2% for the hydrolysate and sediment, respectively. The DH of the sediment from pretreated viscera had little to no development.

Hydrolysis of untreated viscera also resulted in a high free amino acid content (FAA) in the hydrolysate. Increasing the amount of added water to 50% resulted in a significantly higher FAA content in the sediment. The essential amino acids lysine and leucine dominated the FAA content of both sediment and CPH. An attempt was made to analyse the molecular weight distributions of the sediment protein with SDS-PAGE. However, no visible bands were formed, possibly due to either the proteins having too low molecular weights (MW < 14400 Da) or that the sediment proteins were not soluble.