Gelatin Extraction from Lumpfish (Cyclopetrus lumpus) and Pink Salmon (Oncorhynchus gorbuscha) Skin

Abstract

I 2020 nådde den globale sjømatproduksjonen omtrent 179 millioner tonn, hvor det estimeres at 35 % av den årlige fangsten går tapt eller blir kastet. Rognkjeks fiskes hovedsakelig for rognen sin eller brukes som rensefisk, men blir ofte kastet eller sendt til ensilasje etter endt bruk. Den økende bestanden av pukkellaks i Norge har ført til at regjeringen har foreslått flere tiltak for å fiske så mye som mulig. Det ble i 2023 fisket 238 tonn rognkjeks og 183 tonn pukkellaks i Norge. Det er derfor viktig å finne effektive måter å utnytte disse fiskene og deres biprodukter på. Skinnet til fiskene er rikt på kollagen og kan brukes til å ekstrahere gelatin. Det globale gelatin markedet forventes en økning med 9,5 % årlig, hvor der er anslått at maritimt gelatin vil ha den største veksten. Gelatin fra fisk har litt andre egenskaper enn gelatin fra dyr, men egner seg fortsatt til en rekke anvendelser.

Formålet med dette prosjektet var å undersøke hvordan ulike ekstraksjonstemperaturer påvirker utbytte, renhet og egenskaper til gelatin ekstrahert fra skinn av pukkellaks og rognkjeks. Pukkellaks skinnet ble først avfettet med en 10 % butanol- og 20 % etanol-løsning. Begge fiskeskinnene ble forbehandlet med en 0.1 M NaOH-løsning i 18 timer ved 4 °C. Rognkjeks skinnet ble også forbehandlet med en 0.1 M HCl-løsning i 18 timer ved 4 °C. Gelatinen ble ekstrahert med en 0.1 M eddiksyreløsning i 18 timer ved tre forskjellige ekstraksjonstemperaturer: 35 °C, 40 °C og 45 °C. Videre ble reproduserbarheten av ekstraksjonene testet ved å utføre tre ekstraksjoner ved 45 °C. De frysetørkede ekstraktene ble analysert for proteinutbytte, proteininnhold, gelatinutbytte, gelatininnhold, aminosyresammensetning, og molekylvektsfordeling.

Resultatene viste at høyere ekstraksjonstemperaturer generelt førte til økt totalutbytte, proteinutbytte og gelatinutbytte. Det ble derimot ikke observert noen sammenheng mellom økt ekstraksjonstemperatur og gelatinrenhet. Gelatinutbyttet og renheten var bedre for gelatinprøvene ekstrahert fra rognkjeks skinn enn for gelatinprøvene ekstrahert fra pukkellaks skinn, med unntak av gelatinprøvene ekstrahert ved 35 °C. Den mest gunstige temperaturen å ekstrahere gelatin fra rognkjeks skinn var 40 °C, da gelatinprøven ekstrahert ved denne temperaturen hadde det høyeste gelatinutbyttet (21 %) og den høyeste gelatinrenheten (54 %). Den mest lovende temperaturen for å ekstrahere gelatin fra pukkellaks skinn var 35 °C. Gelatinprøven ekstrahert ved denne temperaturen hadde den høyeste gelatinrenheten (43 %) og bare litt lavere gelatinutbytte (13 %) sammenlignet med gelatinprøvene ekstrahert ved 45 °C.

Standardavviket for gelatinprøvene ekstrahert fra rognkjeks skinn ved 45 °C var konsekvent lavt i alle analyser (1 % til 8 %), noe som tyder på god reproduserbarhet av ekstraksjonene. Standardavviket for gelatinprøvene ekstrahert fra pukkellaks skinn ved 45 °C var derimot en del høyere (3 % til 16 %), noe som indikerer en lavere reproduserbarhet.

In 2020, global seafood production reached around 179 million tonnes, with an estimated 35 % of the harvest lost or wasted annually. Lumpfish are typically caught for their roe or used as cleaner fish but are often discarded or sent for ensilage processing afterward. The increasing pink salmon population in Norway has led the government to propose measures to catch as many as possible. As a result, in 2023, 238 tons of lumpfish and 183 tons of pink salmon were caught in Norway. Therefore, it is important to find effective ways to utilize these fish and their byproducts. One potential use is extracting gelatin from their collagen-rich skin. The global gelatin market is expected to grow annually by 9.5 %, with marine gelatin anticipated to have the highest growth rate. Although fish gelatin has different properties from mammalian gelatin, it remains a suitable alternative for many applications.

The purpose of this project was to investigate how different extraction temperatures affect the yield, purity, and properties of gelatin extracted from pink salmon and lumpfish skin. The pink salmon skin was defatted with a 10 % butanol solution and a 20 % ethanol solution. Both fish skins were pretreated with a 0.1 M NaOH solution for 18 hours at 4 °C. The lumpfish skin was also pretreated with a 0.1 M HCl solution for 18 hours at 4 °C. The gelatin was extracted with a 0.1 M acetic acid solution for 18 hours at three different extraction temperatures: 35 °C, 40 °C, and 45 °C. Furthermore, the reproducibility of the extractions was tested by conducting three gelatin extraction trials at 45 °C. The freeze-dried extracts were analyzed for protein yield, protein content, gelatin yield, gelatin content, amino acid composition, and molecular weight distribution.

The results showed that higher extraction temperatures generally increased the total extraction yield, protein yield, and gelatin yield. However, no clear trend was observed between increased extraction temperature and gelatin purity. The gelatin yield and purity were better for the gelatin samples extracted from lumpfish skin than for the gelatin samples extracted from pink salmon skin, except for the gelatin samples extracted at 35 °C. The optimal temperature for extracting gelatin from lumpfish skin was 40 °C, as the gelatin sample extracted at this temperature had the highest gelatin yield (21 %) and gelatin purity (54 %). On the other hand, the most promising temperature for extracting gelatin from pink salmon skin was 35°C. The gelatin sample extracted at this temperature had the highest gelatin purity (43%) and only slightly lower gelatin yield (13%) compared to the samples extracted at 45°C.

The standard deviation of the gelatin samples extracted from lumpfish skin at 45 °C was consistently low across all analyses (1 % to 8 %), suggesting good extraction reproducibility. However, the standard deviation of the gelatin samples extracted from pink salmon skin at 45 °C was notably higher (3 % to 16 %), indicating lower reproducibility.