Rheological properties of gelled emulsions based on mixtures of porcine and piscine gelatin
Abstract
Gelatinbaserte emulsjonsgeler er lovende systemer for peroral levering av medisiner og kosttilskudd, og har blitt kommersialisert i nyere tid. På grunn av suboptimale overgangstemperaturer og lav gelstyrke har gelatin fra marine kilder vært lite interessante for næringsliv og industri sammenlignet med konvensjonelle gelatiner fra mammalske kilder. Kollagenrikt råmateriale i form av skinn og bein står derimot for en betydelig mengde av avfallet fra havbruk, og kan potensielt brukes til gelatinproduksjon. For bedre utnyttelse av avfallet fra den voksende, globale fiskeindustrien bør egenskapene og de mulige bruksområdene til gelatin fra kaldtvannsfisk studeres nærmere.
I denne masteroppgaven har de reologiske egenskapene til emulsjonsgeler basert på blandinger av gelatin fra svin og kaldtvannsfisk blitt studert. Overgangstemperaturene til blandinger med forhold 1:1 og 1:9 svin til fisk har blitt bestemt med oscillatoriske temperatursveip, og utviklingen av lagringsmodulen til emulsjonsgelene ved konstant temperatur har blitt bestemt med oscillatoriske tidssveip. Dråpestørrelsesfordelingene til emulsjonsgelene har også blitt bestemt, både som en funksjon av blandingsforholdet mellom gelatinene, samt total gelatinkonsentrasjon.
De reologiske egenskapene til gelatinet fra svin er vist å være dominerende når det kombineres med gelatin fra kaldtvannsfisk, og 1:1 blandingsforhold mellom svin og fisk har potensielle industrielle anvendelser. Til tross for lave overgangstemperaturer og lav gelstyrke har det studerte gelatinet fra kaldtvannsfisk demonstrert betydelig bedre emulsjonsstabilitet sammenlignet med gelatinet fra svin. Gelatinet fra kaldtvannsfisk dannet emulsjoner med lavere dråpestørrelser og betydelig bedre stabilitet ved både ambient og høy temperatur. Dette berettiger nærmere undersøkelse av overflateegenskapene og de potensielle bruksområdene til gelatin fra kaldtvannsfisk som emulgatorer. Gelatin based gelled emulsion systems are promising vehicles for oral delivery of pharmaceuticals and nutraceuticals, and have been successfully commercialized in recent years. Due to sub-optimal transition temperatures and low gel strength, gelatin from cold-water fish species has garnered little commercial interest compared to conventional mammalian gelatins. Collageneous raw materials in the form of skins and bones are however abundant waste-resources of the fishing industry, and could be used in production of gelatin. As a means to better utilize waste-products from the growing worldwide fishing industries, further investigation of the properties and possible applications of gelatin sourced from cold-water fish species are warranted.
In this master's thesis, the rheological properties of gelled emulsions based on mixtures of porcine and cold-water fish gelatin are investigated. The transition temperatures of 1:1 and 1:9 mixtures of porcine to piscine gelatin emulsions have been determined by small-strain oscillatory temperature sweeps, and the gel strengths have been determined in time sweeps at constant temperatures. The droplet size distributions of gelatin emulsions have also been determined, both as a function of the ratio of porcine to piscine gelatin, as well as total gelatin concentration.
The rheological properties of the porcine gelatin is shown to be dominating when combined with piscine gelatin in mixed systems, and 1:1 ratios of porcine to piscine gelatin have potential industrial applications. Despite its sub-optimal transition temperatures and gel strength, the studied cold-water fish gelatin is shown to have superior emulsifying properties compared to the porcine gelatin. The cold-water fish gelatin yielded emulsions with lower droplet sizes and demonstrated significantly better emulsion stability at both ambient and high temperatures, warranting further investigation of the interfacial properties and possible applications of cold-water fish gelatins as emulsifiers.